TiO2的光助导电性、光助气敏性及光催化性能的关系研究

As well known, the photocatalytic performance of TiO2 is usually somewhat dependent on the reactant itself. To explore the effects of reactants on the photocatalytic behavior of TiO2 has an real theoretical and practical significance for building a high effective photocatalytic system of TiO2. In this project, based on the important role of the chemisorption behavior of reactants during the process of a multiphase catalysis as well as the semiconductor property of TiO2, a new idea is offered to study the effects of reactants on the photocatalytic performances of TiO2, i.e., the UV-assisted conductivity and the UV-assisted gas sensing properties of TiO2 is proposed to correlate with the chemisorption behaviors and the corresponding reaction processes of reactants at the surface of TiO2 under UV irradiation. For this purpose, a series of TiO2 catalysts will be tested the conductivity and the gas sensing properties for H2, O2 and other reactants under UV irradiation, respectively, and also be performed the photocatalytic activities of oxidizing or reducing the reactants in different reaction systems. Based on the above testing results, the correlation among the UV-assisted conductivities, the UV-assisted gas sensing properties for reactants and the photocatalytic activities of TiO2 will be studied. It is expected to reveal the effect of the conductivity of TiO2 on the chemisorptions of reactants and their subsequent reactions over TiO2 under UV irradiation, and further explore the fundamental mechanism of the reactant's behavior during the photocatalytic reaction process over TiO2. This study is important, which maybe allows to offering a new guide to improve the photocatalytic oxidizing or reducing performance of TiO2 and a practical approach to develop the application of TiO2 photocatalysts in different reaction systems.

反应物本身对TiO2的光催化（氧化或还原）性能有着显著影响，揭示反应物的作用本质，对于构建高效光催化体系具有重要的理论和实际意义。项目从反应物吸附是多相催化过程的重要步骤这一传统热催化观点出发，基于TiO2的半导电和气敏特性，提出利用光激发下TiO2表面的导电性（光助导电性）及对反应物的气敏性（光助气敏性）表征反应物的吸附作用、以探讨反应物在TiO2光催化过程中作用行为的新思路。拟制备TiO2系列催化剂，表征TiO2的光助导电性及其对O2、H2和其他反应物的气敏性，评价TiO2在气固相体系中光催化氧化或还原不同反应物的性能，探寻TiO2的光助导电性、光助气敏性和光催化性能三者间关系，阐述TiO2的光助导电性对其吸附反应物及光催化行为的影响规律，进而从导电性角度揭示反应物在TiO2光催化反应过程中的作用本质，为TiO2光催化剂在不同氧化或还原体系的性能改进及应用提供理论依据和实现途径。

反应物本身对TiO2的光催化性能（氧化和还原）有着显著影响，揭示反应物的作用本质，对于构建高效光催化体系具有重要的理论和实际意义。项目从传统热催化研究中认为反应物吸附是多相热催化过程中的重要途径这一观点出发，借助TiO2的半导体特性，提出利用光激发下TiO2表面的导电性（光助导电性）及对反应物的气敏性（光助气敏性）表征反应物的吸附作用、以此探讨反应物与TiO2光催化性能之间关系的新思路。.项目开展了以下研究：（1）TiO2对不同反应物的光助气敏性；（2）TiO2表面的光助导电性与其光催化性能的关系；（3）TiO2对不同反应物的光助气敏性与其光催化氧化性能的关系；（4）TiO2的光助导电性、光助气敏性和光催化性能三者间关系的实质；（5）TiO2的光助导电性、光助气敏性和光催化性能三者关系的普适性。.得到了以下主要结果：（1）不同TiO2对还原性气体的光助气敏性能与其对该还原性气体的光催化氧化能力有关：TiO2材料的光催化氧化能力越强，其在含氧气氛中对还原性气体的气敏响应越弱。（2）不同TiO2基光催化氧化有机物的性能与该有机物在材料表面的光助吸附行为有关：还原性有机物吸附时的给电子能力越强（光助气敏响应越显著），其越易被光催化氧化。（3）尽管热力学上H2、CO都可被氧化，但实际上只有CO被TiO2光催化氧化、而H2不能被TiO2光催化氧化。这种现象可归结于两者吸附在TiO2表面所产生的电子转移行为不同：紫外光照下CO吸附在TiO2表面导致电阻下降，其作为电子给予体将电子转移给TiO2、可被TiO2光催化氧化；而紫外光照下H2吸附在TiO2表面导致电阻升高，其作为电子接受体接受TiO2的光生电子、不能被TiO2光催化氧化。也就是说，热力学上可自发发生的反应并不一定能够被TiO2光催化氧化，而是要受限于其吸附过程所提供的电子转移行为。.上述研究为TiO2等半导体光催化剂在不同氧化或还原体系的性能改进及应用提供理论依据和途径。