Введение
Глава 1 Обзор литературы 9
1.1 Явление фотокатализа, основные принципы и процессы 9
1.1.1 Терминология и принцип действия 9
1.1.2 Основные термодинамические и кинетические факторы 10
1.1.2.1 Интенсивность и спектральный состав света 10
1.1.2.2 Возбуждаемые реакции и энергия зон полупроводника 11
1.1.2.3 Временные шкалы процессов в фотокатализе. 13
1.1.3 Изгиб зон в полупроводнике и влияние на фотокатализ 14
1.1.3.1 Изгиб зон вследствие свойств поверхности и адсорбции 17
1.1.3.2 Дзета-потенциал и роль гидроксильного покрова 21
1.2 Механизмы фотокаталитических реакций 22
1.2.1 Образование активных окислительных частиц 23
1.2.1.1 Радикальные частицы при фотовозбуждении катализатора 23
1.2.1.2 Непарамагнитные кислородные частицы 26
1.2.1.3 Пероксидные частицы 27
1.2.2 Фотокаталитическое окисление CO 34
1.2.3 Фотокаталитическое окисление ЛОС 38
1.3 Допированные фотокатализаторы 40
1.3.1 Допирование металлическими частицами и ионами металлов 41
1.3.2 Допирование неметаллами 42
1.3.2.1 F-допированный TiO2 42
1.4 Заключение к обзору литературы 47
Глава 2 Материалы и методы 49
2.1 Используемые катализаторы 49
2.1.1 Коммерческие катализаторы и реактивы 49
2.1.2 Получение катализаторов 49
2.2 Проведение фотокаталитического окисления CO 51
2.2.1 Вакуумная установка 51
2.2.2 Реактор-ампула 51
2.2.3 Высоковакуумный пост с масс-спектрометром 52
2.2.4 Варьирование количества адсорбированной воды. 53
2.2.5 Процедура проведения реакции фотоокисления CO 53
2.2.6 Эксперименты с адсорбированной H2O2 и фотосорбированным O2 54
2.3 Проведение фотокаталитического окисления летучих органических соединений 55
2.4 Методы физико-химического анализа 55
2.4.1 ИК-спектроскопические исследования 55
2.4.1.1 Методика измерений ИК-спектров диффузного отражения 55
2.4.1.2 Определение количества адсорбированной воды 56
2.4.1.3 Регистрация ИК-спектров катализаторов на просвет 57
2.4.1.4 Анализ газовой фазы с помощью ИК-спектроскопии 58
2.4.2 Электронная микроскопия 60
2.4.3 Термогравиметрический анализ 60
2.4.4 Низкотемпературная адсорбция азота 60
Глава 3 Фотокаталитическое окисление CO 61
3.1 Фотокаталитическое окисление CO на чистом диоксиде титана 61
3.1.1 Влияние температуры вакуумирования на степень покрытия адсорбированной водой 61
3.1.2 Влияние адсорбированной воды на скорость фотоокисления СО на TiO2 62
3.1.3 Активность TiO2, дегидроксилированного при высокой температуре 64
3.1.4 Кинетические особенности фотоокисления СО на TiO2 при различных покрытиях водой. 65
3.1.5 Обсуждение механизма реакции 67
3.2 Фотокаталитическое окисление CO на других фотокатализаторах 72
3.2.1 Характеризация ZnO, CeO2 и TiO2 ИК-спектроскопией 73
3.2.1.1 Наблюдение за образованием дефектов по данным ИК-спектроскопии 75
3.2.1.2 Количество адсорбированной воды на ZnO, CeO2 и TiO2 77
3.2.1.3 Термостабильность поверхностных ОН-групп ZnO, CeO2 и TiO2 78
3.2.2 Характеризация Zn2+/TiO2 ИК-спектроскопией 82
3.2.2.1 Количество адсорбированной воды на Zn2+/TiO2 82
3.2.2.2 ИК-спектры TiO2 и Zn2+/TiO2 в области ОН-групп 83
3.2.3 Фотоокисление СО на ZnO и CeO2 84
3.2.4 Фотоокисление СО на Zn2+/TiO2 88
3.3 Заключение к главе 3 90
Глава 4 ИК-спектроскопическое изучение продуктов фотоактивации кислорода 91
4.1 Образование продуктов фотоактивации кислорода при УФ-облучении TiO2 ZnO и CeO2 на воздухе 91
4.2 Фоторазложение H2O2 на поверхности TiO2 95
4.3 Влияние влажности воздуха на образование продуктов фотоактивации кислорода на TiO2 98 4.3.1 ИК-спектры TiO2 в темноте при различной влажности воздуха 98
4.3.2 ИК-спектры TiO2 при УФ-облучении на воздухе при различной влажности 100
4.4 ИК-спектры TiO2 при УФ-облучении в бескислородной атмосфере 101
4.5 Наблюдение за полосами пероксидов в ходе фотокаталитического окисления CO и паров этанола на TiO2 102
4.6 Заключение к главе 4 104
Глава 5 Фотокаталитическое окисление летучих органических соединений 106
5.1 Фотоокисление паров этанола на чистом TiO2 106
5.2 Фотоокисление паров этанола на F/TiO2 109
5.3 Окисление других ЛОС на F/TiO2 114
5.4 Характеризация образцов F/TiO2 116
5.4.1 ИК-спектры гидратированных образцов F/TiO2 116
5.4.2 ИК-спектры дегидратированных образцов F/TiO2 117
5.4.3 Электронная микроскопия образцов F/TiO2 121
5.5 Влияние способа приготовления F/TiO2 122
5.5.1 Эффективность в фотокаталитическом окислении паров этанола 123
5.5.2 Особенности структуры поверхности F/TiO2 124
5.5.3 Образование пероксо-частиц 126
5.6 Заключение к главе 5 128
Основные результаты и выводы: 129
Список использованных сокращений 130
Список литературы: 131
