本文選題：光催化活性 + 反應溫度　； 參考：《南昌航空大學》2017年碩士論文

【摘要】：自從Fujishima和K.Honda在1972年發(fā)現(xiàn)在光照下TiO2可以將水裂解成氫氣和氧氣,光催化學科就此誕生。幾十年來,經(jīng)過一大批人的不懈努力,光催化研究取得了很大的突破。但是這些突破主要體現(xiàn)在光催化劑的材料合成、形貌表征、催化活性等,人們對光催化的理論研究寥寥無幾。本文對光催化反應溫度、光催化劑顆粒尺寸、光催化劑的介電常數(shù)和摻雜光催化劑價帶能級簡并消除等因素對光催化活性的影響做了理論研究,主要包括以下幾個部分:1.光催化反應溫度對光催化活性的影響研究。該部分在理論上分別從光催化反應溫度對空穴和光電子數(shù)目的影響、光催化反應溫度對空穴和光電子氧化還原被氧化還原分子效果的影響這兩個方面進行研究,然后找出光催化反應活性與反應溫度的關系。其中對于第二個方面,我們分別從光催化劑表面上的基團與被氧化還原分子相互吸引和相互排斥兩種情況下對其進行研究。分別得到了當光催化劑表面基團和溶液中存在的被氧化還原分子相互排斥、相互吸引、相互排斥和相互吸引同時存在三種情況下光催化反應溫度與光催化反應活性之間的關系。2.光催化劑顆粒尺寸對光催化活性的影響研究。該部分在理論上分別從光催化劑顆粒尺寸對光催化劑顆粒與被氧化還原分子的總接觸面積的影響、光催化劑顆粒尺寸對被氧化還原分子在光催化劑顆粒表面的停留時間的影響和光催化劑顆粒尺寸對空穴和光電子氧化還原能力的影響對光催化劑顆粒尺寸和光催化活性的關系進行研究。從理論上解釋了顆粒尺寸小的光催化劑催化活性好的原因。3.光催化劑的介電常數(shù)對光催化活性的影響研究。這是首次對光催化劑的介電常數(shù)與光催化活性的關系進行研究。該部分在理論上給出了描述光電子壽命與光催化劑的介電常數(shù)之間的關系方程,結(jié)合光催化反應機理,得出了介電常數(shù)大的光催化劑催化活性好的結(jié)論。4.摻雜光催化劑價帶能級簡并消除對光催化活性的影響研究。這是首次對摻雜光催化劑價帶能級簡并消除現(xiàn)象對光催化活性的影響進行研究。通過理論分析發(fā)現(xiàn)本征半導體光催化劑摻入雜質(zhì)后會產(chǎn)生能級簡并消除現(xiàn)象而導致能級簡并度大大降低,進而導致價帶上能夠躍遷到導帶的電子數(shù)大大減少,所以會造成盡管摻入雜質(zhì)光催化劑的禁帶寬度比本征半導體光催化劑窄,但由于本征半導體光催化劑價帶上能夠躍遷到導帶的電子數(shù)遠遠大于摻雜質(zhì)光催化劑而光催化活性比摻雜質(zhì)光催化劑好的反常現(xiàn)象。
[Abstract]:Since Fujishima and K.Honda discovered in 1972 that TiO2 can break water into hydrogen and oxygen under light, photocatalysis was born. Over the past decades, photocatalytic research has made a great breakthrough through the unremitting efforts of a large number of people. However, these breakthroughs are mainly reflected in the synthesis of photocatalyst materials, morphology characterization, catalytic activity and so on. In this paper, the effects of photocatalytic reaction temperature, particle size, dielectric constant of photocatalyst and the degeneracy of valence band energy level of doped photocatalyst on photocatalytic activity are studied theoretically, including the following parts: 1. The effect of the temperature of photocatalytic reaction on photocatalytic activity was studied. In this part, the effects of the temperature of photocatalytic reaction on the number of holes and photoelectrons, and the effect of the temperature of photocatalytic reaction on the effect of redox molecules on hole and photoelectron redox were studied theoretically. Then the relationship between photocatalytic reaction activity and reaction temperature was found out. For the second aspect, we study the photocatalyst from the case that the groups on the surface of the photocatalyst and the redox molecules attract each other and mutually repel each other. The relationship between photocatalytic reaction temperature and photocatalytic activity was obtained when the surface group of photocatalyst and the redox molecules existed in the solution were repellent, attractive, mutually repulsive and mutually attractive at the same time. The effect of particle size of photocatalyst on photocatalytic activity was studied. In this part, the influence of the size of photocatalyst particle on the total contact area between the photocatalyst particle and the redox molecule is studied theoretically. Effect of particle size of photocatalyst on residence time of redox molecules on surface of photocatalyst and effect of particle size of photocatalyst on hole and photoelectron redox ability on particle size and photocatalytic activity of photocatalyst The relationship between chemical activity and chemical activity was studied. The reason why the photocatalyst with small particle size has good catalytic activity is explained theoretically. The effect of dielectric constant of photocatalyst on photocatalytic activity was studied. This is the first time to study the relationship between the dielectric constant and photocatalytic activity of photocatalyst. In this part, the equation describing the relationship between photoelectron lifetime and the dielectric constant of photocatalyst is given theoretically. Combined with the mechanism of photocatalytic reaction, the conclusion that the photocatalytic activity of photocatalyst with large dielectric constant is good is obtained. The effect of valence band energy level degeneracy on photocatalytic activity of doped photocatalyst was studied. This is the first time to study the effect of valence band energy level degeneracy elimination on photocatalytic activity of doped photocatalyst. Through theoretical analysis, it is found that the intrinsic semiconductor photocatalyst doped with impurity will produce degeneracy of energy level and eliminate the phenomenon of degeneracy of energy level, which leads to the decrease of degeneracy degree of energy level, which leads to the reduction of the number of electrons that the valence band can transfer to the conduction band. So even though the bandgap of the doped photocatalyst is narrower than that of the intrinsic semiconductor photocatalyst, However, the photocatalytic activity of the intrinsic semiconductor photocatalyst is better than that of the impurity photocatalyst due to the fact that the electron number of the intrinsic semiconductor photocatalyst can move to the conduction band is much larger than that of the impurity photocatalyst.
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O643.3;O644.1

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本文編號：1820726