Физический факультет

Скачать 216.68 Kb.

Название	Физический факультет
страница	3/6
Дата публикации	25.03.2015
Размер	216.68 Kb.
Тип	Курсовая

100-bal.ru > Физика > Курсовая

1 2 3 4 5 6

1.2 Фотокатализ.

Под фотокатализом в современной физике понимают изменение скорости или возбуждение химических реакций под действием света в присутствии веществ (фотокатализаторов), которые поглощают кванты света и участвуют в химических превращениях реагентов, многократно вступая с ними в промежуточные взаимодействия и регенерируя свой состав после каждого цикла.

Различают гомогенный и гетерогенный фотокатализ. К первому типу, например, относится всем нам знакомый процесс фотосинтеза, при котором клетки растений под действием солнечного света синтезируют глюкозу из углекислого газа и воды. В качестве же примера гетерогенного фотокатализа приведем реакции на поверхности TiO₂. Разберем их подробнее.

Как известно, в полупроводнике электроны могут находиться в двух состояниях: свободном и связанном [7].Что касается диоксида титана, то в первом случае электроны движутся по кристаллической решетке, состоящей из катионов Ti⁴⁺ и анионов O^2-. Во втором случае они связаны с каким-либо ионом кристаллической решетки. Для перехода в зону проводимости (свободное состояние) электрону необходимо сообщить энергию, большую или равную ширине запрещенной зоны. В случае TiO₂, ширина запрещенной зоны которого равна 3,2 эВ, длина волны падающего света должна быть <390 нм, то есть, лежать в УФ области спектра. При попадании подходящего кванта света на полупроводник возникает электрон-дырочная пара.

В полупроводнике и электрон, и дырка могут вести себя по-разному, т.к. являются подвижными частицами. Электрон может, например, рекомбинировать, а может быть захвачен поверхностью. То же самое касается и дырки.

Электроны и дырки, захваченные поверхностью диоксида титана, чрезвычайно реакционноспособны. Так, при реакции электрона с кислородом атмосферы, происходят следующие реакции [8]:

При этом образуются такие мощные окислители, как

-радикал, способные окислить любое органическое соединение. Также, в водных растворах, может реализоваться второй канал исчезновения электрона:

Дырка может прореагировать как с водой, так и с любым адсорбированным (иногда даже неорганическим) соединением:

Таким образом, поверхность диоксида титана под действием света становится сильным окислителем. Процессы, происходящие на поверхности, схематически представлены на рисунке ниже.

Рис. 2. Процессы, идущие на частице TiO₂ (схематично).

Эффективность действия фотокатализатора определяется квантовым выходом реакции, т.е. отношением числа образующихся молекул продукта к числу поглощенных квантов света [8]. Процесс фотокатализа можно разделить на несколько стадий. После рождения электрон-дырочной пары в результате поглощения света образцом, происходят некоторые из следующих событий:

диффузия электронов и дырок к поверхности полупроводника
объемная рекомбинация электронов и дырок
поверхностная рекомбинация
полезные реакции электронов и дырок с адсорбированным веществом.

Квантовый выход реакции

можно представит следующим образом:

,

где

- доля носителей тока, дошедших до поверхности, а

- доля носителей тока, вступивших в полезную реакцию. Легко понять физический смысл этих факторов. В частности, если размер частицы меньше или равен длине свободного пробега носителей тока, фактор

приближается к единице.

Казалось бы, достаточно изготовить образцы требуемого размера (показано, что при размере частиц TiO₂радиусом менее 25 Å, все носители тока достигают поверхности), и проблемы исчезнут. Однако, это не совсем так, и это можно понять, анализируя фактор

Здесь

- скорость полезной реакции, а

- скорость поверхностной рекомбинации. Фактор

может быть определяющим.

Видно, что в зависимости от размера частиц, от свойств их поверхности, вышеупомянутые скорости будут различаться. В свою очередь, свойства поверхности зависят от техники изготовления образца, его кристаллической модификации.

1 2 3 4 5 6

Похожие:

	Томский государственный университет физический факультет Программа предназначена для студентов VI курса физического факультета		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Факультет русской филологии и журналистики. Факультет истории и юриспруденции. Факультет татарской и сопоставительной филологии....
	Образовательная программа год Образование – высшее, Пермский государственный педагогический институт, физический факультет, 1983 год		Российской Федерации Санкт Петербургский государственный университет Физический факультет Цель изучения дисциплины: Обучение магистрантов аналитическим методам анализа структуры и эволюции нелинейных полей
	Министерство образования Российской Федерации Санкт Петербургский... Задачи курса: Изучить основные математические результаты и методы, лежащие в основе метода конечных элементов и других вариационных...		Российской Федерации Санкт Петербургский государственный университет Физический факультет Цель изучения дисциплины: Обучение студентов методам исследования свойств поверхностных акустических волн (пав) на границах раздела...
	Министерство образования и науки РФ новосибирский государственный... Когда появляется изображение цепи ордена Андрея Первозванного на российском гербе		Министерство образования Российской Федерации Санкт Петербургский... Определение высоковольтной проводимости и конвективного механизма тока. Знакомство с эгд-технологиями и устройствами. Особенности...
	Исследовательская работа «Психологический портрет собственной личности» Наименование тем для самостоятельной работы по предмету «Психология и педагогика». Лечебный факультет, педиатрический факультет,...		Организация ученического самоуправления Факультетское образование: филологический факультет с изучением 2-х иностранных языков, физико-математический факультет с элементами...
	Шаблон рабочей программы дисциплины Общий физический практикум Лекторы Общий Физический Практикум является неотъемлемой частью курса "Общая Физика". Основные разделы: механика; молекулярная физика; электродинамика;...		Томский государственный университет физический факультет Программа предназначена для студентов V курса, специализирующихся в различных областях теоретической физики, квантовой теории поля,...
	Электричество и магнетизм (физический практикум) Принята на заседании кафедры государственные и муниципальные финансы от 2012г		Физический институт им. П. Н. Лебедева ран e-mail: ru Воспоминания о В. И. Векслере и о становлении физики электромагнитных взаимодействий в фиане
	Биография факультета журналистики 2006 год С 1 октября в Южно-Уральском государственном университете путём реорганизации социально-гуманитарного факультета появились: факультет...		Физический справочник В нашей школе физику начинают изучать с 7 класса. На первом уроке, рассказывая об учебниках и пособия

Школьные материалы