UV光催化氧化基理

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发布时间：2022-03-29浏览次数：次

光触媒的通用反应机理过程可以分为以下几个阶段：
　① 光致电子跃迁（h+）（e-）
　　锐钛矿晶型纳米TiO_2在小于378nm光波的照射之下，表面发生电子跃迁，一个TiO_2表面"价电带电子（e-）"跃迁到"导电带"上成为活性电子，从而形成光电流，并使TiO_2表面留下缺电子的带正电的空穴（h+，hole）。反应式如下：
　　TiO2 + hυ（E>Ebg） → （TiO2） + e- + h+
　　生成的（h+）和（e-）不会立即再结合（recombination）而消失，而是作短暂的停留，时间仅数微秒（μsec），正是由于这个关键的短暂停留，形成了TiO_2的光催化性能。
　② 自由羟基（·OH）的形成
　　空穴（h+，hole）为填充电子缺损，从空气中的水（H2O）夺取电子，生成"自由羟基（·OH）"。反应式如下：
　　H2O + h+ →·OH（羟基自由基）
　　③ 超氧阴离子的形成
　　在第一步，光波的照射之下TiO_2表面"价电带电子（e-）"跃迁到"导电带"上成为活性电子，这个活性电子遇到空气中的氧气，反应式如下：
　　O2 + e- → O2- （超氧阴离子）
　　④ 有机污染物的降解
　　自由羟基（·OH）具有极强的氧化性，反应能约为240Kcal/mol，其氧化能力仅次于高碘酸，比臭氧等典型氧化剂的氧化能力都要强，几乎能将所有构成有机物分子的化学键切断分解。因此，当自由羟基（·OH）遇到甲醛等有机化合物或者细菌、病毒等微生物的时候，将其氧化分解。反应速率非常快，约为原子态氧的1000倍，是臭氧的100万倍。以甲醛为例，反应方程式如下：
　　HCHO（甲醛） + （·OH）→ H2O + CO2
　　当不存在有机化合物时，氧化反应不会进行，自由羟基（·OH）就会聚合成为水和溶存氧，反应式如下：
　　4（·OH）→ 2 H2O + O2
　　O2- （超氧阴离子）具有较强的氧化能力，反应能约为120Kcal/mol。当它遇到空气中的有机化合物，发生氧化反应。以氨氮类有机化合物为例，反应式如下：
　　NH3（含氮有机化合物）+ O2- （超氧阴离子） → HNO3（硝酸）