研究背景与光催化简介( Background& ●光催化过程本质上是光诱导的氧化一还原反应过程 光催化反应的基本过程: 还原 6 Basic process of photocatalysis 导带 ①光激发形成光生电子一空穴对 e-|hm≥En Capture of photons and photo-excitation to form e-ht pairs 带+ 有机污染物 氧化 ②光生载流子的分离、迁移和重新复合 Co.H2O Sepration, migration and recombination Ta+hv→e+h of charge carriers produces(electron-hole) ③催化剂表面的氧化-还原反应 (surfaces OH group) e+Tf→T R edox process on the surface of semI TP+02→Tr0a onductor OH and 02"- oxidative reactions
一、研究背景与光催化简介 高性能复合环境净化材料及其应用的基础研究 （Background & Introduction） ① 光激发形成光生电子－空穴对 Capture of photons and photo-excitation to form e - -h + pairs ② 光生载流子的分离、迁移和重新复合 Sepration，migration and recombination of charge carriers ③ 催化剂表面的氧化-还原反应 Redox process on the surface of semiconductor 光催化反应的基本过程: Basic Process of Photocatalysis ● 光催化过程本质上是光诱导的氧化－还原反应过程 + - 氧化 还原 价带 导带 有机污染物
研究背景与光催化简介( Background& ●光催化环保技术的特征 Characters of photocatalytic Technology for Environmental remediation 可以直接利用太阳光净化环境 绿色、节能 室温下彻底降解污染物 特别是有毒难降解有机污染物 有效杀灭细菌、病毒 包括典型致病菌、SARS、流感病毒 安全、无二次污染、自清洁 污染物被彻底氧化分解为02、H20等无害产物 广谱、长效 上百种应优先考虑的污染物几乎都可被降解,催化剂长期使用 吸附故术 不能分解污染物、吸附饱和 光催化技术 使用周期短、二次污染 对难生物降解污染物无能为力 物障解故术 处理条件要求苛刻 系统运行稳定性较差 HCHO HcHO 催化氧化故术→能耗较高、催化剂中毒 T,6↑ 反应副产物二次污染 高温萸烧技术能耗高、产物二次污染 吸附技术
高性能复合环境净化材料及其应用的基础研究 光催化环保技术的特征 吸附技术 吸 附 技 术 光催化技术 生物降解技术 催化氧化技术 高温焚烧技术 不能分解污染物、吸附饱和 使用周期短、二次污染 对难生物降解污染物无能为力 处理条件要求苛刻 系统运行稳定性较差 能耗较高、催化剂中毒 反应副产物二次污染 能耗高、产物二次污染 可以直接利用太阳光净化环境 —— 绿色、节能 室温下彻底降解污染物 —— 特别是有毒难降解有机污染物… 有效杀灭细菌、病毒 —— 包括典型致病菌、SARS、流感病毒… 安全、无二次污染、自清洁 —— 污染物被彻底氧化分解为CO2、H2O等无害产物 广谱、长效 —— 上百种应优先考虑的污染物几乎都可被降解，催化剂长期使用 Characters of Photocatalytic Technology for Environmental Remediation ● 一、研究背景与光催化简介（Background & Introduction）
研究背景与光催化简介( Background& Introduction ●光催化能源技术的特征: Characters of photocatalytic Technology for Energy Conversion 直接把太阳能转化为高能量密度的化学能 H2、CH4 零碳过程或碳循环过程 光解水制氢零碳过程;0O2转化碳循环过程 转化过程条件温和 常温、常压 安全、无二次污染 产物为水等环境友好物 燃烧 ELECTRICITY 甲平倦 H2O 2 Co SOLAR CONVERSION 光催化分解 Zero CO, emission process CO2 circulation process
高性能复合环境净化材料及其应用的基础研究 光催化能源技术的特征： 直接把太阳能转化为高能量密度的化学能 —— H2、CH4 … 零碳过程或碳循环过程 —— 光解水制氢零碳过程；CO2转化碳循环过程 转化过程条件温和 —— 常温、常压 安全、无二次污染 —— 产物为水等环境友好物 H2O H2、O2 光催化分解 燃 烧 ● Characters of Photocatalytic Technology for Energy Conversion 一、研究背景与光催化简介（Background & Introduction） Zero CO2 emission process CO2 circulation process
研究背景与光催化简介( Background& ●光催化应用的重大科学与技术难题(KeyS& TIssues 技术难点( Technological key issues)科学问题( Scientific key issues 难题一:量子效率低(~4%) 核心:光催化剂构-效关系及调控 难题二:太阳光利用率低(~5% 难题三:工程化关键技术 关键:提高光催化过程效率的途径 (反应系统设计、催化剂负载、寿命… 本质:光催化过程的作用机理 Cr3+ 还原 Cr6+ 3.2eV eve,+ TiO 有机污染物 400 500 600 了00 氧化 从理论和应用上解决这些问题是国际光催化领域的研究前沿与热点
高性能复合环境净化材料及其应用的基础研究 + - 氧化 还原 有机污染物 TiO2 ● 从理论和应用上解决这些问题是国际光催化领域的研究前沿与热点 光催化应用的重大科学与技术难题 难题一 : 量子效率低 (～4%) 难题二 : 太阳光利用率低 (～5%) 难题三 : 工程化关键技术 ( 反应系统设计、催化剂负载、寿命…) 核心：光催化剂构-效关系及调控 关键：提高光催化过程效率的途径 本质：光催化过程的作用机理 技术难点 (Technological key issues) 科学问题 (Scientific key issues) 3.2 eV 一、研究背景与光催化简介（Background & Introduction） (Key S&T Issues)
、光催化最新研究进展( Latest Research Progress) ●针对上述重大科学与技术问题,近年来开展了系统深入研究 并取得重要进展,光催化成为当前国际研究热点之 可见光诱导的新型高效光催化剂;多相光催化反应过程机理; Visible light-active novel photocatalysts Photocatalytic reaction mechanism 提高光催化过程效率新方法; 拓展光催化技术应用新领域 Methods to enhance photocatalytic efficiency Applications of photocatalytic technique Nature、 Science 2500 2453 论文发表 2000 1579 8 1500 1284 1000 LLE 2005 2007 2008 200 2014 Year 光催化基础研究活跃 光催化产业发展快速
二、光催化最新研究进展 高性能复合环境净化材料及其应用的基础研究 （Latest Research Progress） 针对上述重大科学与技术问题，近年来开展了系统深入研究 并取得重要进展，光催化成为当前国际研究热点之一 ● 论文发表 Nature、Science …… 光催化基础研究活跃 光催化产业发展快速 可见光诱导的新型高效光催化剂; 多相光催化反应过程机理; Visible light-active novel photocatalysts Photocatalytic reaction mechanism 提高光催化过程效率新方法; 拓展光催化技术应用新领域; Methods to enhance photocatalytic efficiency Applications of photocatalytic technique