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3.2 样品的光催化性能测试 16
3.2.1 加入阴离子型表面活性剂 16
3.2.2 加入阳离子型表面活性剂 17
3.2.3 加入非离子型表面活性剂 17
3.2.4 负载Ag的TiO2的光催化性能 19
3.3 本章小结 20
结 论 22
致 谢 23
参考文献 24
1 绪论
1.1 纳米材料与半导体
近年来，随着科学发展的不断前进与研究尺度的不断深入，人们所关注的客观世界从宏观领域逐渐过渡到微观领域。然而，在宏观领域与微观领域之间，还存在着所谓的介观领域。在介观领域，由于三文尺寸都比较小，因此出现了许多崭新的奇异的性能。这个领域包括了从微米、亚微米、纳米到团簇尺寸的范围。纳米材料的概念由此而来，它一般是由1nm~100nm间的粒子组成，介于宏观物质与微观原子、分子交界的过渡区域，是一种典型的介观系统。纳米材料具有的特点包括小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应都是纳米微粒与纳米固体的基本特征，这一系列效应导致了纳米材料在熔点、蒸气压、相变温度、光学性质、化学反应性、超导、磁性及塑性形变等许多物理和化学方面都显示出特殊的性能。它使纳米微粒和纳米固体呈现出许多奇异的物理、化学性质。这些性质使得它们在高科技中扮演越来越重要的角色，如光电转换材料、功能涂层材料、纳米稀土材料、纳米半导体及光催化有机物降解材料等[1]。
半导体是介于导体和绝缘体之间，电导率在10-10Ω-1•cm-1~104Ω-1•cm-1之间的物质。半导体的主要特征是带隙的存在，其电学、光学的性质归根结底是由于这一带隙的存在而导致的。半导体按照载流子的特征可分为本征半导体、n型半导体和p型半导体。本征半导体中，载流子是由部分电子从价带激发到导带上产生的，形成数目相等的电子和空穴。n型和p型半导体属于掺杂半导体，n型半导体是施主向半导体导带输送电子，形成以电子为多子的结构；p型半导体是受主接受半导体价带电子，形成以空穴为多子的结构。由于半导体具有特殊的光、电、磁等性质，因此得到广泛的应用[2]。
1.2 TiO2与光催化
二氧化钛俗称钛白粉，它无毒、无、无刺激性、热稳定性好、不分解、不挥发，且原料来源广泛易得。它有三种晶型：板钛矿、锐钛矿和金红石型[3]。其中板钛矿型不稳定，金红石型和锐钛矿型应用广泛，在制备光电化学电池、等离子体器件、铁电材料、光敏元件、气敏元件、光解水器件、防雾玻璃、有机物光降解催化剂等方面具有重要的应用。TiO2作为一种宽禁带的n型纳米半导体（锐钛矿型3.2eV，金红石型3.0eV，板钛矿型3.3eV），因其可见光透过率高、高折射率、无毒、无、无刺激性、具有极强的吸收紫外线的能力和化学稳定性好等优良特性在光催化降解有机物、染料敏化太阳能电池以及防雾自洁净等方面展现出广阔的应用前景。目前市场上能购买到的性能较好的纳米TiO2粉体是德国Degussa公司用O2氧化TiCl4的方法生产的，商品牌号为P-25。这种粉体是锐钛矿相和金红石相的混晶，其中锐钛矿相占80%，金红石相占20%，比表面积为55g/m2。
自从Fujishima和Honda发现TiO2具有光分解水的作用以来，纳米半导体的光催化反应就引起了人们研究的兴趣。近年来，光催化在净化环境方面的应用受到人们越来越多的重视，通常采用的半导体光催化剂包括TiO2、ZnO、WO3、ZnS、CdS等，其中TiO2对多种有机物均有良好的降解效果，因此得到了广泛重视，而锐钛矿型TiO2的光催化能力出众的原因可能如下：①锐钛矿的禁带宽度为3.2eV，较高的禁带宽度使其电子空穴对具有更正或更负的电位，具有较高的氧化能力。②锐钛矿表面吸附H2O、O2及OH的能力较强，导致其光催化活性较高，在光催化反应中表面吸附能力对催化活性有很大的影响，较强的吸附能力对其活性有利。③在结晶过程中锐钛矿晶粒通常具有较小的尺寸和较大的比表面积，对光催化反应有利。