將光觸媒的粒子納米化，從理論上將產(chǎn)生4種納米效應(yīng)，可以有效提高量子產(chǎn)率，利于光催化反應(yīng)進(jìn)行。
1.能級(jí)移動(dòng)由量子效應(yīng)引起的導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴的能級(jí)移動(dòng)，使光觸媒的還原性和氧化性增大，使得不能被普通微米級(jí)粒子還原的粒子可以被超微粒子還原。這個(gè)效應(yīng)可以認(rèn)為與電極反應(yīng)中電壓增大的效果類(lèi)似。然而單體反應(yīng)速度并不一定因?yàn)楣庥|媒粒子納米化而加快。例如，在均二苯代乙烯的異構(gòu)化反應(yīng)中，使用納米級(jí)的光觸媒和常規(guī)體相材料相比，活性增大50倍。這是因?yàn)閷?duì)于超微粒子來(lái)說(shuō)，其電子俘獲能級(jí)在導(dǎo)帶附近上升的緣故。并且這種能級(jí)的移動(dòng)伴隨著吸收光譜向短波方向移動(dòng)。這就是常說(shuō)的“藍(lán)移效應(yīng)”，這種效應(yīng)導(dǎo)致納米光觸媒在外觀(guān)上會(huì)帶一些微微的藍(lán)光，但是反過(guò)來(lái)并非外觀(guān)代微微藍(lán)光的就一定是納米光觸媒，還要通過(guò)科學(xué)的手段來(lái)進(jìn)行分析。
2.光激發(fā)位置趨近表面半導(dǎo)體的粒徑變小，光激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)能很快擴(kuò)散到催化劑表面。由于光催化反應(yīng)是在表面發(fā)生的，可以使更多的光生電子和空穴被氧化劑或還原劑吸收，有效減少電子和空穴的復(fù)合，因此氧化或還原的速率就會(huì)增加。3.電荷分離的效果更好半導(dǎo)體催化劑與半導(dǎo)體電極相比，其特征之一是半導(dǎo)體催化劑內(nèi)部產(chǎn)生空間電荷層，這種電勢(shì)梯度避免了光激發(fā)的電子-空穴對(duì)的負(fù)荷。對(duì)粒子狀的光觸媒來(lái)說(shuō)，電子和空穴必須同時(shí)產(chǎn)生，因而空間電荷層會(huì)在近距離內(nèi)產(chǎn)生。對(duì)于納米半導(dǎo)體粒子而言，其粒徑通常小于空間電荷層的厚度，在離開(kāi)粒子中心l距離出的勢(shì)壘高度v可以表述為:v=1/6(l/ld)2(1-1)式中，ld為半導(dǎo)體的debye長(zhǎng)度。在此情況下，空間電荷層的任何影響都可以忽略，光生載流子可通過(guò)簡(jiǎn)單的擴(kuò)散從粒子內(nèi)部遷移到粒子表面，而與電子給體或受體發(fā)生還原或氧化反應(yīng)。計(jì)算表明，在粒徑為1um的tio2粒子中，電子從體內(nèi)擴(kuò)散到表面的時(shí)間約為100ns;而在粒徑為10nm的微粒中該時(shí)間只有10ps。因此粒徑越小，電子與空穴復(fù)合的幾率越小，電荷分離效果越好，從而提升光催化活性。
4.表面積增大
對(duì)于所有的催化劑，超微粒子化將使表面積增大，從而使催化劑活性增大。對(duì)于粒徑在12-150nm的tio2光催化劑，從水中或乙醇中產(chǎn)生氫的活性與粒徑成反比例關(guān)系，小于12nm的tio2活性更是成指數(shù)級(jí)上升。高表面積，使得催化劑與反應(yīng)物接觸的可能大大增加，也就是說(shuō)如果粒徑減少使得比表面積增大10倍就等效于大顆粒光催化劑濃度增加10倍[假設(shè)濃度增加時(shí)顆粒不再團(tuán)聚],所以真正的納米光觸媒含量一般在2g/l-8g/l之間就可以達(dá)到每l有效作用200-300m2的效果，超過(guò)這個(gè)濃度范圍反而會(huì)導(dǎo)致效果下降，而落后的大顆粒體相光觸媒產(chǎn)品則需要更高的濃度，不過(guò)即便是這樣也很難達(dá)到納米奧因光觸媒的效果。


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