通常情况下锐钛矿型TiO2的阈值大于金红石型TiO2的阈值;(2)相同晶型条件下,由于量子尺寸效应,样品的粒径越小其阈值越大。从D到A4个样品随着其粒径逐渐减小及金红石相向锐钛矿相的转变,使TiO2的光伏响应阈值逐渐增大。
结合二氧化钛光降解庚烷转化率发现,TiO2的光伏响应阈值与其光催化降解庚烷活性有如下关系:随着光伏响应阈值增大,TiO2光催化降解庚烷活性增强。这一结论可由加以解释。对于光催化降解庚烷过程,主要表现为光氧化过程,也就是说价带中的光生空穴起着非常主要的作用。如所示,4个TiO2样品具有不同的带隙宽度,它们的价带处于深浅不同的能级位置。
TiO2受光激发产生光生电子和空穴,由于TiO2是n型半导体,其光生空穴移向表面并具有很强的氧化能力,使CDC键断裂最终生成CO2和H2O.由可见,无论TiO2是何种晶型,从D到A随着其阈值逐渐增加,禁带宽度增大,价带相对位置逐渐降低,价带电位变得更正,空穴的氧化能力逐渐增强<7>,因此在紫外光照(h≥Eg)下,其光催化活性逐渐增强。这一结论也在一定程度上解释了为什么在通常情况下,金红石型TiO2要比锐钛矿型TiO2光催化活性小,因为金红石型TiO2的光电阈值一般总是小于锐钛矿型的光电阈值,禁带变窄,从而降低了光生电子/空穴的氧化还原电位。以此为依据,可以简单直观地通过表面光电压谱实现对TiO2光催化活性的定性判断。
表面吸附物对光催化活性与光伏特性的影响为了检测TiO2光催化氧化反应后活性的变化,选择催化剂B分别催化氧化C7H16,SO2和C7H16+SO2。经3次反应后的TiO2依次为B-1,B-2,B-3.发现B-1TiO2的活性仅略有下降,而B-2,B-3的活性则急剧下降,为此进行了SPS及FISPS研究。发现表面吸附物影响催化剂表面层的导电类型,从而影响其光催化氧化活性。因为通常情况下,n型半导体具有较高的光氧化能力,而p型半导体具有较强的光还原能力,且光催化反应发生在TiO2表面。由于吸附于TiO2表面的O2可从其导带俘获电子变成O-2,从而减少光生电子与空穴的复合,产生有效的电荷分离<1>,因而向光催化体系通入O2可以提高光催化活性。但是其它表面吸附物可能会降低光催化剂的活性,如硫化物。由IR光谱可见,在B-2,B-3TiO2表面有硫化物吸附(对应于1000~1300cm-1的振动吸收峰).具有相反方向的SPS响应。由于测试条件基本相同,因此我们认为它们的表面层具有不同的导电类型。这一结论可由FISPS得到证实。
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