第一章光化学基础1

一、 光的能量与波长1

二、 热化学与光化学5

三、 光对分子的作用6

四、光物理过程与光化学过程13

参考文献17

第二章半导体光物理与光化学18

第一节半导体光物理18

一、 半导体的能级结构19

二、 半导体的光吸收21

三、 半导体的吸收光谱22

四、 半导体的发射光谱23

第二节半导体电子性质26

一、 带边位置26

二、 空间电荷层和能带弯曲28

三、 平带电位 30

四、半导体催化剂的光激发32

五、 半导体的光致电荷分离39

六、半导体催化剂表面光生电子的迁移39

第三节二氧化钛的结构与性质44

一、 氧化钛三种晶相的物理性质对比44

二、 TiO2的晶格和电子结构45

三、 TiO2的结构转变 49

参考文献50

第三章TiO2光催化原理与催化剂改性51

第一节TiO2光催化反应原理51

一、光催化反应原理51

二、 光催化反应步骤52

三、 氧在光催化氧化反应中的作用54

第二节光催化反应类型55

一、光催化反应类型55

二、 光催化与光化学和热催化反应关系57

第三节TiO2光催化活性59

一、 热力学因素59

二、动力学因素64

三、热处理对纳米TiO2光催化活性影响机理69

第四节TiO2光催化技术存在问题74

第五节TiO2光催化剂改性76

一、 贵金属沉积77

二、 复合半导体79

三、 离子掺杂80

四、光敏化87

五、 表面还原处理88

六、表面螯合及衍生作用88

七、超强酸化89

第六节光催化与其他技术耦合91

一、　微波场助光催化92

二、热催化与光催化的耦合95

三、光催化与电催化的耦合96

第七节TiO2光催化剂失活与再生96

一、TiO2气固多相光催化反应的催化剂失活96

二、TiO2液固多相光催化反应的催化剂失活100

三、研究光催化剂失活的常用方法104

四、解决催化剂失活问题的途径106

第八节光催化研究的新动向109

一、新结构光催化剂109

二、复合光催化剂109

三、负载助催化剂和添加剂110

四、硫化镉111

参考文献112

第四章TiO2光催化剂的合成118

第一节液相法合成TiO2119

一、液相沉淀法119

二、溶胶"para" label-module="para">

三、醇盐水解沉淀法126

四、微乳液法126

五、水热法128

第二节气相法合成TiO2129

一、TiCl4氢氧焰水解法129

二、TiCl4气相氧化法129

三、钛醇盐气相氧化法131

四、钛醇盐气相水解法132

五、钛醇盐气相热解法133

参考文献135

第五章光催化研究方法136

第一节光催化反应器136

一、实验室光催化反应器136

二、光催化反应时间控制器138

三、实用型光催化反应器139

第二节分析方法142

第三节光催化研究过程的分析方法155

一、目标物的分析方法156

二、终产物分析159

三、中间产物分析方法162

四、中间产物毒性分析166

第四节动力学研究168

一、吸附在光催化降解中的作用168

二、光催化降解动力学方程式169

三、吸附对光催化反应动力学方程式的影响172

参考文献174

第六章光生电子的传输与捕获176

第一节制备方法对Ag/TiO2光催化活性的影响176

一、Ag/TiO2光催化剂的制备177

二、催化剂活性178

第二节Ag担载量变化对TiO2光催化活性的影响机理183

一、Ag担载量变化对TiO2光催化活性的影响183

二、TiO2表面Ag分布与形貌185

三、Ag/TiO2的光谱特征185

四、Ag担载量变化影响TiO2催化活性的机理187

第三节Ag担载对TiO2界面光生电子传输与捕获的影响189

一、电子顺磁共振测试189

二、无氧条件下Ag/TiO2和TiO2活性193

三、氧气流量对Ag/TiO2活性的影响194

四、H2O2对TiO2和Ag/TiO2光催化活性的影响195

五、Ag担载对TiO2界面光生电子传输与捕获的影响196

第四节Ag/TiO2对Cr（Ⅵ）的光催化还原197

一、Cr6 在Ag/TiO2和TiO2上的吸附198

二、pH对Cr6 光催化还原的影响198

三、空穴捕获剂对Cr6 光催化还原的影响201

四、Ag担载提高TiO2光催化还原活性的作用机理202

参考文献203

第七章光催化氧化技术的应用206

第一节有机污染物的光催化降解207

一、 液相条件下有机污染物的光催化降解214

二、气相有机污染物的光催化降解248

第二节无机污染物的处理259

一、 金属离子的光催化还原260

二、无机阴离子或气体有害物质的降解272

第三节光催化分解水制氢273

一、水的太阳能光解273

二、 半导体光催化水解制氢274

三、新的光催化剂和反应体系277

第四节TiO2界面的超亲水性280

一、TiO2薄膜的超亲水性机理281

二、TiO2超亲水性薄膜的制备283

三、影响TiO2薄膜超亲水性的因素283

四、改善超亲水性的措施290

五、TiO2超亲水性能的应用291

第五节光催化杀菌296

一、TiO2的光催化杀菌机理297

二、TiO2光催化杀菌特点300

三、TiO2光催化杀菌过程的超微结构302

四、影响TiO2膜光催化抗菌材料性能的因素304

五、 TiO2光催化抗菌材料性能的提高305

六、TiO2光催化杀菌技术的应用308

七、研究与发展方向311

第六节光催化合成反应312

一、还原——氢转移反应312

二、还原羧化反应　313

三、氧化反应313

四、复合氧化还原反应314

参考文献315

第八章光电催化原理与应用323

第一节光电催化原理324

第二节光电催化电极326

第三节光电催化反应器327

第四节光电催化反应的影响因素329

一、 外加电压329

二、　外加电流329

三、pH值的影响331

四、 氧的作用334

五、电子接受剂335

六、光电催化在实际水处理中的应用前景337

参考文献3372100433B

环境和能源是21世纪人类面临和亟待解决的重大问题。光催化具有室温深度反应和可直接利用太阳能作为光源来驱动反应等独特性能，而成为一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术，并备受瞩目。

全书共分九章，第一章主要介绍光化学的理论基础。第二章介绍了半导体材料和光物理与光化学。第三章介绍了光催化的原理、存在问题、光催化剂改性以及光催化技术与其他技术的耦合。第四章主要介绍了纳米TiO2光催化剂的制备方法。第五章主要介绍了光催化的研究方法，包括光催化反应器、光催化剂的表征、光催化研究过程的分析和反应动力学分析。第六章主要介绍了TiO2表面光生电子的传输与捕获。第七章主要介绍了TiO2光催化氧化技术的应用。第八章介绍了光电催化原理与应用。第九章介绍了光电化学的研究方法。

光催化材料具有污染物净化、抗菌抑菌等功能，应用于混凝土可提升混凝土的综合性能与使用功效，拓宽混凝土的应用领域。项目针对光催化材料在混凝土中应用存在的催化效率低、功能衰减快问题，创新提出一种基于光催化功能载体的光催化混凝土材料设计与制备思路，通过研究光催化剂与混凝土的复合机理，提出光催化功能载体组成与结构优化设计方法，研究掌握不同尺度、形貌的高效光催化功能载体制备技术；通过研究光催化混凝土对不同目标物的催化机理，建立混凝土光催化功能层结构模型，探明光催化功能层对混凝土催化效果与宏观性能的影响规律，提出混凝土光催化功能层结构设计与构筑实现方法；在此基础上，模拟空气净化、混凝土抗菌两种典型的应用环境特点，评价研制的光催化混凝土催化效果与综合性能，探讨光催化活性失活机理，建立光催化混凝土长效化作用机制，为推动光催化混凝土的实际应用提供理论指导与技术支撑，促进混凝土材料与相关领域科学技术进步。

本项目致力于以下四个主题的研究：光催化功能层结构与催化效率、宏观性能的关系；混凝土光催化功能层构筑方法；服役过程光催化混凝土活性及效率；光催化水泥基材料的应用。 项目经过四年研究，实现了项目计划任务书设定的研究目标，达到了预期目的。发表学术论文 15 篇，参加国际学术交流会 3 次，申请获得专利 3 项，构建“结构与功能一体化混凝土材料”国际合作研究与人才培养平台（共同建立实验室“WUT- Aberdeen多功能水泥基材料合作实验室”）。基于光催化水泥基材料的研究成果，研发出能实际应用的空气净化器，实现了生产和销售。 具体研究内容为： 基体的高吸附性能可在一定程度增强水泥基光催化材料光催化效率。研究了一种快速简洁的方法在含有非晶硅和非晶铝的原料表面合成蜂窝状C-A-S-H负载层。这种蜂窝状结构可以很大的提升集料作为催化剂与吸附剂载体的性能。这种材料可以作为一种优秀的催化剂与吸附剂载体应用于空气污染与水污染处理领域的实际生产中。 光催化石英砂对氮氧化合物作用可以分为三个阶段：1）氮氧化合物无光照下的浓度稳定，2）氮氧化合物光催化反应，3）关掉灯氮氧化合物浓度恢复过程。光照开始之后NO浓度迅速下降， NO2浓度同时显著增加。当灯关掉时，二氧化氮浓度降至零。光子效率随着二氧化钛的质量分数的增加而增加，但稳定在0.76%左右。光催化石英砂复合材料的稳定性对其性能有着重要的影响。我们还研究了光催化石英砂经水洗后的耐久性数据。在温和的搅拌下，30%的二氧化钛在10个循环后被去除，然而，只有大约6%的二氧化钛在之后的10和30个循环之间损失。相比之下，10分钟的超声，约56%的二氧化钛保留下来。因此，在这两种情况下，二氧化钛都表现出强烈的粘附性。 镁相水泥中碱式晶须，作为氯氧镁水泥的主要成分，具有简单稳定的晶型结构，且原材料来源广泛、制备简单，可作为无机粘合料与绝大多数物质实现从微观尺度至宏观尺度的紧密粘合，拓宽了其应用面，是负载纳米TiO2的理想基体材料。本研究提出的采用化学液相反应法制备的碱式晶须，通过表面修饰增大了比表面积和基体稳定性，对镁相水泥基光催化材料的整体性能和耐久性也有较大提升。 蜂窝板组装光催化片颗粒成型的净化片，封装采用纤维网格。采用这种结构可以在保证透气性的同时提高催化剂与目标气体的接触时间，同时净化片封装完成后在反应器中组装方便。 2100433B