Tải bản đầy đủ
IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG ANATASE:

IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG ANATASE:

Tải bản đầy đủ

IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG
ANATASE:
b)Cơ chế xúc tác quang dị thể
Điểm khác biệt:
biệt:



PỨ xúc tác dị thể truyền thống : xúc tác được hoạt hóa bởi nhiệt, 5 giai đoạn



PƯ xúc tác quang hóa :xúc tác được hoạt hóa bởi sự hấp thụ ánh sáng,6 giai đoạn:

 Có thêm gđ hấp thụ photon ánh sáng , p.tử chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích
thích electron
 Giai đoạn pứ quang hóa chia làm 2 gđ nhỏ:
 PỨ quang hóa sơ cấp: các phân tử chất bán dẫn bị kích thích tham gia trực
tiếp vào pứ với các chất bị hấp phụ.
 PỨ quang hóa thứ cấp (gđ pứ “tối” hay pứ nhiệt):pứ của các sản phẩm thuộc
giai đoạn sơ cấp.

IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG
ANATASE:

Cơ chế xúc tác quang của chất bán dẫn

ĐK: NL photon ánh sáng(hv) >= NL vùng cấm (Eg)
SC : bề mặt xúc tác bán dẫn (TiO2)

IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG
ANATASE:
b)Cơ chế xúc tác quang dị thể
 Khi chiếu ánh sáng có năng lượng photon (hv) thích hợp

năng lượng vùng cấm (E ) lên bề mặt xúc tác bán
g
dẫn (SC) thì sẽ tạo các cặp điện tử(etử(e-) – lỗ trống (h+) →Các ee- chuyển lên vùng dẫn (quang electron), còn các lỗ
trống ở lại vùng hoá trị : hv + SC → ee- + h+
h+



 Các phân tử chất tham gia phản ứng hấp phụ lên bề mặt xúc tác gồm 2 loại:


Các phân tử có khả năng nhận e (Acceptor)



Các phân tử có khả năng cho e (Donor)

 Quang electron ở vùng dẫn sẽ chuyển đến nơi có các phân tử có khả năng nhận electron (A) ,quá trình khử xảy
ra: A(ads) + ee- → AA- (ads)

IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG
ANATASE:
b)Cơ chế xúc tác quang dị thể
 Lỗ trống chuyển đến nơi có các phân tử có khả năng cho electron (D),thực hiện phản ứng oxh :
D(ads) + h+
h+ → D+
D+ (ads)
D+(ads) sau khi được hình thành sẽ phản ứng với nhau qua một chuỗi các phản ứng trung
 Các ion A-(ads) và D+
gian và sau đó cho sản phẩm cuối cùng .

 Trong quá trình xúc tác quang, electron và lỗ trống có thể tái kết hợp làm hiệu suất lượng tử giảm và giải phóng
năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ hoặc nhiệt

 Thông thường Ag là kim loại được lựa chọn để tạo nên bẫy điện tích làm giảm tốc độ tái kết hợp điện tử và lỗ
trống, tăng hiệu suất lượng tử của quá trình quang xúc tác TiO
2

IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG
ANATASE:
c)Cơ chế xúc tác quang của TiO2 dạng Anatase:
Khi xúc tác được hoạt hóa bởi ánh sáng thích hợp  xảy ra sự chuyển điện tử từ vùng hóa trị lên vùng
dẫn

IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG
ANATASE:
c)Cơ chế xúc tác quang của TiO2 dạng Anatase:

 Tại vùng hóa trị có sự hình thành các gốc OH* và RX+:

 Tại vùng dẫn có sự hình thành các gốc O2-, HO2*:

IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG
ANATASE:

c)Cơ chế xúc tác quang của TiO2 dạng Anatase:

IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG
ANATASE:
d) So sánh hoạt tính xúc tác của Anatase
và Rutile:

 TiO2 ở dạng Anatase có hoạt tính
quang hóa cao hơn hẳn các dạng tinh
thể khác

 Mặc dù Rutile có thể hấp thụ cả tia tử
ngoại và những tia gần với ánh sáng
nhìn thấy, còn Anatase chỉ hấp thụ
được tia tử ngoại nhưng khả năng
xúc tác của Anatase nói chung cao
hơn Rutile.

IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG
ANATASE:
Nguyên nhân
 Vùng hóa trị của Anatase và Rutile trên giản đồ xấp xỉ
nhau và cũng rất dương  chúng đều có khả năng oxh
mạnh (các lỗ trống ở vùng hóa trị oxh H O thành
2
OH*,hay một số gốc hữu cơ thành RX+)

 Vùng dẫn của Rutile có giá trị gần với thế khử nước
thành khí Hidro (thế khử chuẩn 0V) ,trong khi với
Anatase thì mức này âm hơn một chút,đồng nghĩa với
tính khử mạnh hơn  Anatase có khả năng khử O
2
thành O - (còn
(còn Rutile thì không)  Vùng dẫn của
2
Anatase có sự hình thành các gốc O - ,HO *
2
2

IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG
ANATASE:
d) So sánh hoạt tính xúc tác của Anatase và Rutile:

 Vì vậy, Anatase có khả năng nhận đồng thời oxy và hơi nước từ không khí, cùng với ánh sáng tử ngoại giúp
phân hủy các hợp chất hữu cơ:Tinh thể Anatase dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại đóng vai trò như 1 cầu nối
trung chuyển điện tử từ H O sang O , chuyển 2 chất này thành dạng O - và OH*, là 2 dạng có hoạt tính oxh cao
2
2
2
có khả năng phân hủy các chất hữu cơ thành H O và CO
2
2

 Tuy nhiên, sự so sánh này cũng không thật chính xác vì 2 dạng TiO 2 trên có bandgap khác nhau và được tạo
thành từ các điều kiện cũng khác nhau,nhất là về nhiệt độ.Vì
độ.Vì thế,ta phải xét trong từng phản ứng cụ thể mới có
thể đánh giá được hoạt tính xúc tác, trong đó thành phần pha là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất.

IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG
ANATASE:
e)Ứng dụng của xúc tác quang hóa TiO2 trong pin quang điện phân bán dẫn:

 PỨ tách H và O từ H O
2
2
2
H O H +½O
2
2
2

 Lý thuyết: Nước trong suốt với ánh sáng nhìn thấy  không thể phân huỷ nước nhờ các bức
xạ đơn sắc mà phải nhờ ánh sáng cực tím với

<190 nm

 Honda và Fujishima : nghiên cứu sự phân huỷ quang học nước nhờ pin quang điện phân bán
dẫn : chỉ cần dùng ánh sáng có

<400nm

λ

λ