基于表面等离激元共振效应的薄膜的光催化性质毕业论文 目录
摘要 (1)
前言 (2)
第1.1节光催化剂 (3)
第1.2节光催化剂的分类 (4)
1.3.1 TiO2光催化的原理 (5)
1.3.2 TiO2光催化剂的应用 (6)
第1.4节 Ti02在光催化方面面临的问题及发展前景 (9)
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第二章表面等离激元 (11)
第2.1节表面等离激元的介绍 (11)
第2.2节表面等离激元的应用 (17)
2.2.1 生物传感器 (17)
2.2.2负折射率材料 (18)
2.2.3 表面等离极化激元隐身 (20)
2.2.4表面等离极化激元波导 (21)
第三章基于表面等离激元共振效应的TiO2薄膜的光催化性质 (23)
第3.1节 TiO2等离子体光催化的简介 (23)
第3.2节 TiO2薄膜的光催化性质实验与结果 (24)
第3.3节表面等离子体光催化技术的优点及研究进展 (27)
性工作者调查
瑞昌市一中
3.3.1 优点 (27)
3.3.2 研究现状 (28)
结论 (31)
参考文献 (32)
致谢 (33)
第一章光催化剂及其催化性质介绍
第1.1节光催化剂
光催化剂[Photocatalisis]是光 [Photo=Light] +催化剂 [catalyst]的合成词。光催化剂是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，光催化剂利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量来产生催化作用，使周围的氧气及水分子激发成极具氧化力的自由负离子。几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质，不仅能加速反应，亦能运用自然界的定侓，不造成资源浪费与附加污染形成。最具代表性的例子为植物的“光合作用”，吸收对动物有毒之二氧化碳，利用光能转化为氧气及水。 光催化剂于1967年被当时还是东京大学研究生的藤岛昭教授发现。在一次试验中对放入水中的氧化钛单结晶进行了光线照射，结果发现水被分解成了氧和氢。这一效果作为“本多· 藤岛效果”（Honda-Fujishima Effect）而闻名于世，该名称组合了藤岛教授和当时他的指导教师－－－－东京工艺大学校长本多健一的名字。
由于是借助光的力量促进氧化分解反应，因此后来将这一现象中的氧化钛称作光催化剂。这种现象将光能转变为化学能，以当时正值石油危机的背景，世人对寻新能源的期待甚为殷切，因此这一技术作为从水中提取氢的划时代方法受到了瞩目，但由于很难在短时间提取大量的氢气，所以用于新能源的开发终究无法实现，因此在轰动一时后迅速降温。
1992年第一次二氧化钛光催化剂国际研讨会在加拿大举行，日本的研究机构发表许多关于光催化剂的新观念，并提出应用于氮氧化物净化的研究成果。因此二氧化钛相关的专利数目亦最多，其它催化剂关连技术则涵盖催化剂调配的制程、催化剂构造、催化剂担体、催化剂固定法、催化剂性能测试等。以此为契机，光催化剂应用于抗菌、防污、空气净化等领域的相关研究急剧增加，从1971年至2000年6月总共有10,717件光催化剂的相关专利提出申请。二氧化钛光催化剂的广泛应用，将为人们带来清洁的环境、健康的身体。
各种应用材料逐渐进入纳米时代。纳米材料由晶粒1～100nm大小的粒子所组成。粒径极为微细，具
有极大的比表面积，且随着粒径的减少，表面原子百分比提高。在表面上由于大量原子配位的不完全而引起高表面能的现象。表面能量占全能量的比例大幅提高，使纳米材料具吸附、光吸收、熔点变化等特性。利用纳米超微粒子技术与特性，研发出材料本身在反应时完全不参与作用，却可促进并提高反应能量，以催化目标反应并已运用于环境清洁应用上，促使有害或有毒物质加速反应成为稳定而无害物质，达到环保效果。
纳米二氧化钛光催化剂是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的
物质，就象植物的光合作用中的叶绿素。光催化剂在太阳光或室荧光灯的照射下能产生抗菌、除臭、油污分解、防霉防藻、空气净化的作用。
第1.2节光催化剂的分类
催化剂可按化学类型、化学组成、反应类型及市场类型来划分。
按化学类型可分成贵金属、分子筛、酸碱、酶、茂金属、氧化物、硫化物等催化剂。
按化学组成则可分成银、铜、镍、钯、铁等。
按反应类型即催化剂功能分类则可划分成水解与水合、脱水、氧化、加氢、脱氢、聚合、酰化、卤化等。
按市场分类则可性划分成炼油、化工和环保三类。
目前国外均以功能划分为主，兼顾市场类型及应用产业。
中国工业催化剂分类方法：
一．石油炼制催化剂
1.催化裂化催化剂；
2.催化重整催化剂；3．加氢裂化催化剂；4．加氢精制催化剂；5．烷基化催化剂；6．异构催化剂
二．无机催化剂
1．脱硫——加氢脱硫、硫回收催化剂
2．转化——天然气转化、炼厂气转化、轻油转化催化剂
3．变换——高（中）变、低变、耐硫宽变催化剂
4．甲烷化——合成气甲烷化、城市燃气甲烷化
5．氨合成催化剂
遇见波利6．氨分解催化剂
7．正、仲氢转化催化剂
8．硫酸制造催化剂
9．硝酸制造催化剂
10．硫回收催化剂
三．有机化工催化剂
1．加氢催化剂；2．脱氢催化剂；3．氧化——气相、液相催化剂；4．氨氧化催化剂5．氧氯化催化剂；6．CO+H2合成——合成醇、F-T合成催化剂；7．酸催化——水合、脱水、烷基化催化剂；8．烯烃反应——齐聚、聚合、岐化、加成催化剂
四．环境保护催化剂
1．硝酸尾气处理催化剂
2．燃机排气处理催化剂
3．制氮催化剂
4．纯化——脱痕量氧或氢催化剂
五．其它催化剂
第1.3节二氧化钛光催化剂的应用进展
1.3.1 TiO2光催化的原理自发功
TiO2在光照条件下之所以能够进行氧化还原反应，是由于其电子结构是一个满的价带和一个空的导带这一特点。气光子能量达到或超过其带隙能时，电子就可从价带激发到导带，同时在价带产生相应的空穴.即生成电子、空穴对。激活态的导带电子和价带空穴能重新合并，使光能以热能的形式散发掉。 TiO2 + hν→ e-+h+ (1)
e- + h+ → N + energy (hν’<hν or heat) (2) 当存在合适的俘获剂或表面缺陷态时，电子和空穴的重新合并受到抑制，就会在表面发生氧化还原反应。价带空穴是良好的氧化剂，导带电子
是良好的还原剂，大多数光催化反应都直接或间接地利用了空穴的氧化能力。在光催化半导体中，空穴具有更大的反应活性，携带光量子能的主要部分一般与表面吸附的H2O或OH-离子反应形成具有强氧化性的羟基。
OH-+ h+→·OH (3)
H2O + h+ →·OH + H+ (4)
现代城市研究
电子与表面吸附的氧分子反应.分子氧不仅是还原反应的反应物，还是表面羟基的另一个来源。具体的反应式为:
O2 + e-→ 02·- (5)
02·-+ H2O →·OOH+OH- (6)
2·OOH→ H2O2 + O2 (7)
·OOH + H2O + e-→ H2O2 + OH- (8)
H202 + e-→·OH + OH- (9)
另外，通过对TiO2光导电率的测量证实了02·-的存在。一个可能的反应为:
02·-+ H2O →·OH + OH- (10)
表面羟基·OH是有光催化反应的主要氧化剂，对催化氧化起决定作用。因此，电子与氧的还原反应不仅有助于稳定空穴与氢氧根离子、水或有机物反应，而且生成表面羟基促进了光催化氧化反应的进行。
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