多相光催化过程中的酸性作用机理研究

【摘要】： 采用溶胶—凝胶技术制备了TiO_2 TiO_2-ZrO_2固体酸和SO_4~(2-)/TiO_2固体超强酸光 催化剂，以乙烯和溴代甲烷的光催化降解反应为指标反应，运用X-射线衍射、比表 面测定、傅立叶红外光谱、X-射线光电子能谱、表面光电压普和Hammett指示剂法 等表征手段，系统地比较了三个系列催化剂的结构形态、表面酸性、光谱特性和光催 化性能。同时，还利用双功能探针分子吡啶作为光催化反应的探针和表面酸性的碱性 探针，在原位下，探讨了光催化剂表面酸性的性质及其与光催化性能的联系。研究结 果表明，表面酸化尤其是超强酸化可以显著提高催化剂的活性、选择性和抗湿性，提 高这些光催化性能的可能原因有三：1.改善了催化剂的物化性能，超强酸化使催化 剂的比表面增大，晶粒细化，同时也抑制了催化剂的相变；2 提高了光生电子—空穴 对的有效分离率，超强酸化使催化剂表面酸性大大增强，作为Brφnsted酸的表面键合 羟基是光生空穴的捕获中心，而超强化后形成的桥式双配位结构的表面硫络合物种则 是光生电子的捕获陷阱；3．活化光催化反应产物水，水分子通过催化剂表面的 Brφnsted酸中心和Lewis酸中心的协同作用转化为活性羟基。根据这些结果，论文提 出了超强酸中心在多相光催化过程中的作用模型，最后设计了一个原位实验证实了该 模型的合理性。