CN105749953B - 延长(C,N)-TiO2半导体多孔块体光生电子与空穴寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种延长(C,N)‑TiO2半导体多孔块体光生电子与空穴寿命的方法。采用太阳灶将太阳光聚焦加热(C,N)‑TiO2半导体多孔块体露出待降解液体的那一部分，(C,N)‑TiO2半导体多孔块体露出待降解液体的部分和浸泡在待降解液体下面的部分之间形成温差。由于温差效应，块体呈现宏观尺寸的电子与空穴的分离，进而形成宏观电场。宏观电场又分离光生电子和空穴。从而延长(C,N)‑TiO2半导体多孔块体中的光生电子与空穴寿命。另外，将多孔块体光催化材料做成中间为长方体，两端为四棱锥形状，这样在低温端聚集的光生电子容易更多地在液下的块体细尖部分A处，而高温端聚集的光生空穴更容易聚集在液上的块体尖端部分Ｂ处，光生电子和空穴更加分离，延长光生载流子寿命。
Description
技术领域
本发明是一种延长(C,N)-TiO2半导体多孔块体光生电子与空穴寿命的方法，属于延长(C,N)-TiO2半导体多孔块体光生电子与空穴寿命的方法的创新技术。
背景技术
光催化材料的可回收和光催化量子效率的提高是解决锐钛矿型二氧化钛（TiO2）光催化商业应用（治理环境污染、降解有害物质）瓶颈的途径，是目前光催化领域的研究热点，尤其是碳、氮掺杂TiO2（（C,N）-TiO2）比纯TiO2能吸收更宽的可见光而被视为商业应用的主要光催化材料。但现有的可回收（C,N）-TiO2成本偏高；且由于低的比表面积，绝大部分可回收（C,N）-TiO2光催化量子效率尤其达不到商业化应用的要求。可以做成多孔（C,N）-TiO2块体来增加比表面积。但其量子效率还有待于改进。影响可回收（C,N）-TiO2多孔块体材料的光催化量子效率最重要的因素之一是光生电子和空穴的短寿命。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种延长(C,N)-TiO2半导体多孔块体光生电子与空穴寿命的方法。
本发明的技术方案是：本发明的延长(C,N)-TiO2半导体多孔块体光生电子与空穴寿命的方法，采用太阳灶将太阳光聚焦加热(C,N)-TiO2半导体多孔块体露出待降解液体的那一部分，(C,N)-TiO2半导体多孔块体露出待降解液体的部分和浸泡在待降解液体下面的部分之间形成温差。
上述(C,N)-TiO2半导体多孔块体3做成形状是中间为长方体，两端为四棱锥形状，四棱锥的两端分别为尖端部分A及尖端部分Ｂ，尖端部分A在待降解液体内，尖端部分Ｂ露出待降解液体。
本发明的延长(C,N)-TiO2半导体多孔块体光生电子与空穴寿命的方法，采用太阳灶将太阳光聚焦加热(C,N)-TiO2半导体多孔块体露出液体的那一部分，造成块体露出液体部分和浸泡在液体下面部分之间的温差。由于温差效应，使得块体呈现宏观尺寸的电子与空穴的分离，形成宏观电场。该宏观电场又分离光生电子和空穴。从而延长(C,N)-TiO2半导体多孔块体中的光生电子与空穴寿命。另一方面，将多孔块体光催化材料做成形状是中间为长方体，两端为四棱锥形状，这样在低温端聚集的光生电子容易更多地在液下的块体细尖部分A处，而高温端聚集的光生空穴更容易聚集在液上的块体尖端部分Ｂ处，这样，光生电子和空穴更加分离，延长了光生载流子寿命。本发明是一种方便实用的延长(C,N)-TiO2半导体多孔块体光生电子与空穴寿命的方法。
附图说明
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
实施例：
本发明的原理图如图1所示，本发明的延长(C,N)-TiO2半导体多孔块体光生电子与空穴寿命的方法，采用太阳灶1将太阳光2聚焦加热(C,N)-TiO2半导体多孔块体3露出待降解液体4的那一部分，(C,N)-TiO2半导体多孔块体3露出待降解液体4的部分和浸泡在待降解液体4下面的部分之间形成温差。如图1所示，光催化需要的太阳光另外提供，造成(C,N)-TiO2半导体多孔块体3露出待降解液体4的部分和浸泡在待降解液体4下面的部分之间形成温差，由于温差效应，使得块体呈现宏观尺寸的电子与空穴的分离，形成宏观电场。该宏观电场又分离光生电子和空穴。从而延长(C,N)-TiO2半导体多孔块体中的光生电子与空穴寿命。
本实施例中，上述(C,N)-TiO2半导体多孔块体3做成形状是中间为长方体，两端为四棱锥形状，四棱锥的两端分别为尖端部分A及尖端部分Ｂ，尖端部分A在待降解液体4内，尖端部分Ｂ露出待降解液体4。这样在低温端聚集的光生电子容易更多地在液下的块体的尖端部分A处，而高温端聚集的光生空穴更容易聚集在液上的块体的尖端部分Ｂ处。这样，光生电子和空穴更加分离，延长了光生载流子寿命。
本实施例中，上述太阳灶1设有自动控制系统，自动控制系统能控制太阳灶1的移动位置和灶锅转动方向，使太阳灶1永远向着太阳方向；并将聚焦的光投射到光催化块体露出液面的端面靠近尖端部分Ｂ。
本实施例中，上述C,N)-TiO2半导体多孔块体3露出待降解液体4的部分和浸泡在待降解液体4下面的部分之间的温差是5ºC～80ºC。
本实施例中，上述C,N)-TiO2半导体多孔块体3两端的上下棱锥高的比例为0.5～1。
具体方法如下：（1）将(C,N)-TiO2半导体多孔块体做成形状如下：中间为长方体，长方体的底为正方形，正方形边长0.5-5厘米，高3-50厘米，两端为四棱锥形状，如图1所示，上棱锥高3-50厘米，底均为以上长方体的截面，上下棱锥高的比例在0.5-1之间；（2）将以上形状的(C,N)-TiO2半导体多孔块体按照如图1所示的方式放入待降解液体中，液面刚好在长方体与露出水面棱椎相接处；（3）太阳灶有自动控制系统来控制其位置的移动和灶锅转动方向，使其永远向着太阳方向；并将聚焦的光投射到光催化块体露出液面的端面靠近尖端部分；（4）调节太阳灶的光斑大小，使块体的温差范围在5ºC -80 ºC之间。可以减少从光照开始到光催化饱和的时间13-56%，甲基橙的最大降解率基本不变。
实施例1：（1）将(C,N)-TiO2半导体多孔块体做成形状如下：中间为长方体，长方体的底为正方形，正方形边长0.5厘米，高3厘米，两端为四棱锥形状，如图1所示，上棱锥高3厘米，底均为以上长方体截面，上下棱锥高的比例为1，底均为以上正方形的截面大小；（2）将以上形状的(C,N)-TiO2半导体多孔块体按照如图1所示的方式放入待降解液体中，液面刚好在长方体与露出水面棱椎相接处；（3）太阳灶有自动控制系统来控制其位置的移动和灶锅转动方向，使其永远向着太阳方向；并将聚焦的光投射到光催化块体露出液面的端面靠近尖端部分；（4）调节太阳灶的光斑大小，使块体的温差为5 ºC。可以减少从光照开始到光催化饱和的时间13%，甲基橙的最大降解率基本不变。
实施例2：（1）将(C,N)-TiO2半导体多孔块体做成形状如下：中间为长方体，长方体的底为正方形，正方形边长5厘米，高50厘米，两端为四棱锥形状，如图1所示，上棱锥高50厘米，底均为以上长方体的截面，上下棱锥高的比例为0.5；（2）将以上形状的(C,N)-TiO2半导体多孔块体按照如图1所示的方式放入待降解液体中，液面刚好在长方体与露出水面棱椎相接处；（3）太阳灶有自动控制系统来控制其位置的移动和灶锅转动方向，使其永远向着太阳方向；并将聚焦的光投射到光催化块体露出液面的端面靠近尖端部分；（4）调节太阳灶的光斑大小，使块体的温差为80 ºC。可以减少从光照开始到光催化饱和的时间56%，甲基橙的最大降解率基本不变。
实施例3：（1）将(C,N)-TiO2半导体多孔块体做成形状如下：中间为长方体，长方体的底为正方形，正方形边长2厘米，高30厘米，两端为四棱锥形状，如图1所示，上棱锥高25厘米，底均为以上长方体的截面，上下棱锥高的比例为0.8；（2）将以上形状的(C,N)-TiO2半导体多孔块体按照如图1所示的方式放入待降解液体中，液面刚好在长方体与露出水面棱椎相接处；（3）太阳灶有自动控制系统来控制其位置的移动和灶锅转动方向，使其永远向着太阳方向；并将聚焦的光投射到光催化块体露出液面的端面靠近尖端部分；（4）调节太阳灶的光斑大小，使块体的温差为55 ºC。可以减少从光照开始到光催化饱和的时间42%，甲基橙的最大降解率基本不变。
Claims (3)
1.一种延长(C,N)-TiO2半导体多孔块体光生电子与空穴寿命的方法，其特征在于采用太阳灶将太阳光聚焦加热(C,N)-TiO2半导体多孔块体露出待降解液体的那一部分，(C,N)-TiO2半导体多孔块体露出待降解液体的部分和浸泡在待降解液体下面的部分之间形成温差；上述(C,N)-TiO2半导体多孔块体做成形状是中间为长方体，两端为四棱锥形状，四棱锥的两端分别为尖端部分A及尖端部分B，尖端部分A在待降解液体内，尖端部分B露出待降解液体；
上述太阳灶设有自动控制系统，自动控制系统能控制太阳灶的移动位置和灶锅转动方向，使太阳灶永远向着太阳方向；并将聚焦的光投射到光催化块体露出液面的端面靠近尖端部分B。
2.根据权利要求1所述的延长(C,N)-TiO2半导体多孔块体光生电子与空穴寿命的方法，其特征在于上述(C,N)-TiO2半导体多孔块体（ 3） 露出待降解液体（ 4） 的部分和浸泡在待降解液体下面的部分之间的温差是5℃～80℃。
3.根据权利要求2所述的延长(C,N)-TiO2半导体多孔块体光生电子与空穴寿命的方法，其特征在于上述(C,N)-TiO2半导体多孔块体两端的上下棱锥高的比例为0.5～1。
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