毕业设计（论文）开题报告学生姓名 学号 所在学院： 专 业：设计（论文）题目：纳米金催化剂在可见光下降解氯苯指导教师： 月日毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1.结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文献综述摘要：采用沉积-沉淀法制备了 Au/TiO2催化剂，以降解氯苯反应为研究对象考察了催化剂的光化性 能实验发现通过掺杂金属离子，表面等离子体共振可有效提高二氧化钛光催化活性，拓宽其光响 应范围关键词：掺杂金属离子，光催化，二氧化钛，纳米金，氯苯，表面等离子体共振 引言负载型纳米金催化剂自20世纪90年代问世以来，以其特有的低温催化活性、催化活 性随湿度增加而增加及相对其它贵金属催化剂低廉的价格等特性，备受各国学者的关注 近年来，有关金催化剂的研究和开发日益活跃,人们已经发现金催化剂在很多反应（如NO 还原反应口，2】、富氢环境下CO优先氧化反应［3,4］、烃类氧化反应⑸、丙烯环氧化反应⑹ 等）中都具有较理想的催化活性TiO2具有催化活性高、化学性质稳定、抗磨损且无毒等优点，但TiO2作为光催化 剂存在两大瓶颈问题：其一,TiO2对可见光利用率低，因TiO2禁带较宽（3.2eV），只能 被波长较短的紫外光激发（波长v387nm），而在太阳光谱中紫外光能量仅为4%左右；二, TiO2的光量子效率低，光生电子-空穴对容易复合。
因此提高TiO2光催化性能要从调控 TiO2禁带使其吸收光谱向可见光区扩展和降低光生电子-空穴对复合率两个方面进行1.掺杂金属离子金属离子掺杂TiO2能提高光催化剂的催化活性，由此人们提出了多种掺杂机理模型 其中以运用半导体缺陷理论，从能带结构及载流子的传递过程等角度来阐述比较符合 TiO2掺杂光催化的本质［7］Choi ［8］从电子一空穴的产生、载流子的捕获、电荷的迁移、 光生电子和空穴的复合、催化剂表面电荷的传递等方面研究掺杂纳米TiO2光催化剂的 掺杂机理认为金属离子掺入TiO2后，改变了 TiO2电子能级的结构分布光催化机理 主要步骤表示如下：（1）电子一空穴的产生：TiO2+hv-e-+h +；Mn++hv—M（n+】）+ + e-；Mn ++hv—M（n-1）++h+(2) 载流子的捕获：Ti4+ + e—fTi3 +；Mn+ + e—fM(n-1)+,M n++h+fM(n+i)+；>OH-+h+f >0H ・(3) 电荷的迁移：M(n-1)++Ti4+fM n++Ti3 +；M(n+i)+ +>OH-fM n+ +>OH ・(4) 光生电子和空穴的复合：e-+h+fTiO2；Ti3++>OH ・—Ti4+ +>OH-；M (n—1) + + h+—Mn+； M (n-1) ++>0H-fMn+ +>0H-；M(n+】)+ + e-—M n+；M (n +1)++Ti3+—M n++Ti4+(5) 催化剂表面电荷的转移：e-cb (或 Ti3+, M (n-1) +)+0—0-；h-vb (或〉0H-, M (n+1)+ )+R—R+金属离子的掺入可在半导体晶格中引入缺陷位置或改变结晶度等,影响了电子一 空穴的复合或改变了半导体的激发波长，从而改变了光催化剂的光催化活性。
掺Ag纳米 Ti02薄膜透过率的吸收阈值可发生右移，吸收阈值向可见光波长方向移动最为显著⑼ 对掺Ag的Ti02薄膜对光谱的吸收发生“红移”的解释可以从两个方面进行，一方面认 为是因为纳米Ti02晶粒的表面有效面造成的,因为掺Ag使得Ti02晶粒成网状纵向生长, 晶粒表面空间立体结构变化增强了有效表面积的作用，提高了光吸收系数，有助于光催化 效果改善［111］;另一方面,因为掺Ag对于锐钛矿相Ti02晶体结构会产生较大的影响，即晶 体会产生大量的缺陷，缺陷电离在Ti02的禁带中产生能级受到低能量的光子激发即可 产生跃迁，从而使掺Ag的Ti02吸收光谱发生“红移”，对光的吸收效率提高［121W03掺杂在Ti02中时,W6+的离子半径为0.062 nm,Ti4+离子半径相近，可取代晶格位 置上的T i4+,W6+离子弥在Ti02晶格之间,可能成为金红石相优先成核的中心［⑶刘仁等 制备掺钨1.5%TiO2催化剂,500°C处理后XRD分析部为锐钛矿型;600°C处理后全部转为 金红石型［14］,且没有测到任何钨的氧化物，说明金属W6+的掺杂TiO2确实降低相变温度 当La3+掺杂量为0.5%时,催化效率达到最大值［⑸。
这是由于La3+掺杂引起TiO2表面结构 的变化，在La2O3 TiO2混合物中,La3+可以替代Ti4+,引起电荷的不平衡，为了弥补电荷的不 平衡,TiO2的表面要吸附更多的OH-,这些OH-可以与光生空穴h+发生反应形成活性羟基 (OH・);另一方面,TiO 2表面的空间电荷层厚度随L a3+掺杂量的增加而减少，当此厚度减 少至入射光的透入深度时，光生电子一空穴对发生有效分离a】，减少了光生电子和空穴的 复合几率,使光催化活性提高2 .表面等离子体共振表面等离子体(surface plasmon，SP)是一种电磁表面波，它能够被电子或光波激发， 在纳米金属表面场强最大，在垂直于界面方向呈指数衰减表面等离子体是目前纳米光 电子学科的一个重要研究方向，受到了包括物理学家、化学家、材料学家和生物学家等 多个领域人士的极大关注［17，18‘⑼表面等离子共振(surface plasmon resonance， SPR) 是一种由电子或光照射某些纳米金属表面引起的量子光电现象当入射光频率和纳米金 属表面电子振荡频率相近时，光子的能量可转移至金属表面的等离子体，该能量转移在 某一特定的光波长或入射角度处达到最大。
由于等离子体的运动与电磁场的运动紧密耦 合且存在集体运动模式，此时能量转移会引起金属表面电子发生谐振，即表面等离子体 共振［20］贵金属纳米粒子的光学特性在古代就有所应用，最早被发现是用于玻璃、陶瓷 等的染色最富盛名的是陈列于英国博物馆的第四世纪罗马酒杯(Lycurgus cup) ［21］， 它能够随着入射光波长的变化而改变颜色在白天光线照射下，酒杯的颜色呈现为绿色， 而晚上在白色灯光照射下呈现洋红色Zhu等㉑］认为，在惰性载体(ZrO2、SiO2等) 上,纳米金粒子对可见光有较强的吸收主要是由于纳米金粒子表面的等离子体共振效应 SPR，使导带电子偏离原子核，出现电荷偶极，从而诱导亲电子或亲核反应同时，纳 米金粒子对紫外光也表现出较强的吸收，在UV光照射下，纳米金粒子的5d电子跃迁 到6sp带上，发生了带间跃迁这就意味着几乎整个太阳光谱都可以用于驱动纳米金粒 子表面上发生的光催化反应他们提出光驱动催化氧化反应的机制：在一定波长范围的 可见光照射下，SPR作用可以引起纳米粒子迅速升温并超过能垒促进反应发生WK］；其 次，局部振荡电磁场和极性分子间的相互作用也有助于分子活性的增强，从而诱导空气 中的甲醛在室温条件下被氧化成为可能的产物©I。
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