毕业论文课题相关文献综述

1.研究背景

随着科学技术的不断发展， 人类生存的自然环境污染已经成为世界广泛关注的问题，水污染、空气污染、土壤污染已经严重的影响了人类和其他生物的正常健康情况。

传统方法(化学沉积、过滤、电泳沉积、离子交换吸附和膜系统...)往往由于效率低或是不能彻底清除有机污染物，而且需要投入大量贵重的设备，成本较高等局限性，因此需要寻找一条成本低、效率高、具有深度处理污染物的污水处理方法。具有光催化活性的半导体材料能够利用自然界中的太阳光将有害的有机物最终分解为水和二氧化碳，对环境起到至关重要的作用。

自从上个世纪 20 世纪 70 年代，Fujishima 和 Honda 第一次报道了光激发的 TiO₂电极能够分解水，广泛的研究已经显示了 TiO₂是一种能够降解空气中、水中和建筑物外表面的有机污染物的杰出的光催化材料^[1]。但是纯TiO₂光子效率低，光催化剂容易失活，不能达到最理想的催化效果；在催化剂中掺入贵金属（如Pt）能促进电荷分离和表面电子的转移，大大增强TiO₂光催化活性，但是贵金属价格昂贵限制了它的实际应用。因此，在TiO₂表面加上便宜的过渡金属（如V,Mo,Ru,Au）是增强光催化反应速率的一种可行办法^[2-3]。

2.二氧化钛光催化基本原理

N型半导体TiO₂所具有的锐钛矿晶相的禁带宽度为3.2eV。当照射TiO₂的光子的能量大于或等于其禁带宽度时，价带（VB）上的电子（e-）会被激发进入到导带（CB）中，而在导带上留下空穴（h ），进而形成电子空穴对的分离，分离后的电子和空穴有的很快复合，并以光能或热能的形式辐射出去，没有复合的电子和空穴则会转移到TiO₂的表面参与到氧化还原反应中去^[4-6]。

分离的电子和空穴作为活性物质参与到光催化反应过程中，电子参与还原反应，空穴参与氧化反应。空穴与水分子结合形成羟基自由基（OH），电子与游离氧结合形成超氧自由基（O₂）（等式1-3）。光生空穴把As（Ⅲ）氧化成As（Ⅴ）（等式（4）），随后As(IV)被O₂^-氧化成As(V)（等式5），最后又与OH反应（等式6）。

TiO2 hγ→ e- h (1)

e O₂→ O₂^-(2)

h OH→ OH(3)