Нано титанов оксид на прах, известен със своите забележителни фотокаталитични свойства, е открил широко приложение при пречистване на околната среда, самостоятелно почистващи материали и преобразуване на слънчевата енергия. Като водещ доставчик на прах на нано титаниев оксид, разбирам важността на засилването на неговата фотокаталитична активност за посрещане на непрекъснато - нарастващите изисквания на различни индустрии. В този блог ще споделя няколко ефективни стратегии за повишаване на фотокаталитичната ефективност на прах от титаниев оксид на нано титаниев оксид.
Разбиране на основите на фотокатализата в нано титанов оксид
Преди да се задълбочи в методите за подобряване, е от съществено значение да се разберат основните принципи на фотокатализата в нано титанов оксид. Когато титановият оксид е изложен на светлина с енергия, равна или по -голяма от неговата лента, електроните се вълнуват от валентната лента към лентата на проводимост, оставяйки след себе си дупки във валентната лента. Тези двойки на електронни дупки могат да реагират с адсорбирани вещества на повърхността на титанов оксид, което води до окисляване и редукционни реакции. Рекомбинацията на двойките на електронни дупки обаче е основен фактор, който ограничава фотокаталитичната ефективност.
Оптимизация на кристалната структура
Титановият оксид съществува главно в две кристални форми: анатаза и рутил.Анаттазен титанов диоксидобикновено проявява по -висока фотокаталитична активност отРутилен титанов диоксидПоради долната си скорост на рекомбинация на електрон и по -висок повърхностна адсорбция. Можем да контролираме процеса на синтез, за да получим прах на нано титаниев оксид с по -висок дял на фазата на анатазата. Например, методът на гел SOL - е популярна техника. Чрез регулиране на реакционните условия като вида и концентрацията на прекурсори, температурата на реакцията и стойността на pH, можем прецизно да контролираме кристалната структура на синтезирания титанов оксид. В процеса на гел на SOL -гел използването на титанови алкоксиди като прекурсори и добавянето на подходящи катализатори може да насърчи образуването на фаза на анатаза. Реакциите на хидролиза и кондензация на титанови алкоксиди са силно чувствителни към реакционните условия. По -ниската температура на реакцията и специфичен диапазон на pH могат да благоприятстват растежа на кристалите на анатазата.
Намаляване на размера на частиците
Фотокаталитичната активност на нано титанов оксид на прах е тясно свързана с размера на частиците му. По -малкият размер на частиците означава по -голяма специфична повърхност, която осигурява по -активни места за фотокаталитични реакции. Освен това дифузионното разстояние на електроните и дупките се намалява в по -малки частици, като по този начин намалява вероятността от рекомбинация. Можем да използваме топка с висока енергия - фрезоване, хидротермален синтез или методи на микроемулсия, за да приготвим прах на нано титаниев оксид с по -малък размер на частиците. Висока - енергийна топка - Смилането е прост и ефективен механичен метод. Използвайки мелница с топка с въртящи се топки с висока скорост, частиците от титан оксид с големи размери се смазват на по -малки. Този метод обаче може да въведе примеси по време на процеса на смилане. Хидротермалният синтез, от друга страна, позволява растеж на частици от титан оксид във високо налягане и високо температурна водна среда. Реакционните условия при хидротермален синтез могат да бъдат прецизно контролирани, за да се получат частици с равномерно размер и форма.
Модификация на допинг
Допингът е ефективен начин за подобряване на фотокаталитичната активност на прах от титаниев оксид на нано титаниев оксид. Чрез въвеждане на чужди елементи в решетката на титановия оксид, можем да коригираме неговата електронна структура, да намалим лентата и да подобрим ефективността на разделяне на двойките на електрон -дупки. Металният допинг, като сребро (Ag), мед (Cu) и желязо (Fe), може да въведе нови енергийни нива в обхвата на титанов оксид, улеснявайки абсорбцията на видимата светлина. Например, сребърният допинг може да действа като електронен капан, улавяйки електрони и предотвратява рекомбинацията им с дупки. Неетален допинг, като азот (N), сяра (и) и въглерод (С), също могат да стеснят лентата на титанов оксид, което позволява да абсорбира светлината във видимата област. Процесът на допинг може да се осъществи по време на синтеза на титанов оксид или чрез методи след лечение. Например, в синтеза на гел на SOL - гел, допант прекурсори могат да бъдат добавени към реакционната система. В след лечение допинг, синтезираният титанов оксид на прах се смесва с източници на допант и след това се третира при определена температура.
Повърхностна модификация
Повърхностната модификация може да подобри адсорбционния капацитет на прах от титаниев оксид на нано титаниев оксид и да подобри взаимодействието му с молекулите на реагента. Покриването на повърхността на титанови оксидни частици с благородни метали като платина (PT), злато (Au) или Palladium (PD) може да насърчи разделянето на двойките на електронни дупки. Наночастиците на благородните метали действат като електронни мивки, улавяйки електрони от проводимата лента на титанов оксид и намалявайки скоростта на рекомбинация. Органичните модификатори също могат да се използват за модифициране на повърхността на титанов оксид. Например, силиновите съединителни агенти могат да се използват за функционализиране на повърхността на титанови оксидни частици, подобряване на тяхната дисперсия в органичните разтворители и засилване на съвместимостта им с полимерните матрици. Това е особено важно при използване на нано титанов оксид в композитни материали.
Подготовка на композитен материал
Приготвянето на композитни материали чрез комбиниране на нано титанов оксид с други полупроводници или материали е друга ефективна стратегия за подобряване на фотокаталитичната активност. Например, свързването на титанов оксид с цинков оксид (ZnO) може да образува хетероюнктна структура. Различните лентови структури на титанов оксид и цинков оксид позволяват прехвърляне на електрони и дупки в интерфейса, намалявайки скоростта на рекомбинация. Материали на базата на въглерод като графен и въглеродни нанотръби също могат да се комбинират с нано титанов оксид. Графенът, с високата си електрическа проводимост, може да действа като електронна транспортна среда, улеснявайки разделянето и прехвърлянето на електрони от титанов оксид. Композитните материали могат да бъдат приготвени чрез физическо смесване, химическо отлагане или методи за синтез на SITU.
Източник на светлина и оптимизация на условията за реакция
В допълнение към модифицирането на свойствата на самия прах на нано титаниев оксид, оптимизирането на източника на светлина и условията на реакция също може да подобри значително фотокаталитичната характеристика. Използването на източник на светлина с подходяща дължина на вълната и интензивност може да увеличи максимално усвояването на светлината чрез титанов оксид. Например, при видима - светлинна фотокатализа, трябва да бъде избран източник на светлина, богат на видима светлина. Регулирането на температурата на реакцията, стойността на рН и концентрацията на реагентите също могат да повлияят на скоростта на фотокаталитичната реакция. Подходящата реакционна температура може да увеличи скоростта на реакцията, като осигури повече топлинна енергия за реакцията. Стойността на pH може да повлияе на повърхностния заряд на титанови оксидни частици и адсорбцията на молекулите на реагента.
Като доставчик на висококачествен прах на нано титаниев оксид, ние се ангажираме да предоставяме на продуктите с отлична фотокаталитична активност. Нашият екип за научноизследователска и развойна дейност непрекъснато изследва нови методи и технологии, за да подобри допълнително производителността на нашите продукти. Ако се интересувате от нашия прах на нано титаниев оксид и искате да обсъдите потенциални приложения или да направите поръчка, моля не се колебайте да се свържете с нас. Очакваме с нетърпение да установим дългосрочно сътрудничество с вас и съвместно насърчаваме развитието на технологията за фотокатализа.
ЛИТЕРАТУРА
- Fujishima, A., & Honda, K. (1972). Електрохимична фотолиза на вода при полупроводников електрод. Природа, 238 (5358), 37 - 38.
- Hoffmann, Mr, Martin, St, Choi, W., & Bahnemann, DW (1995). Приложения за околната среда на полупроводникова фотокатализа. Химически прегледи, 95 (1), 69 - 96.
- Chen, X., & Mao, SS (2007). Наноматериали от титанов диоксид: синтез, свойства, модификации и приложения. Химически прегледи, 107 (7), 2891 - 2959.