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簡要描述:大面積光催化氙燈光源,光誘導(dǎo)有機(jī)合成反應(yīng)在有機(jī)合成化學(xué),特別在一些非常見結(jié)構(gòu)的合成中占有特殊的地位,能大大縮短傳統(tǒng)合成化學(xué)的步驟而經(jīng)濟(jì)實用。
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品牌 | 努美科技 | 價格區(qū)間 | 面議 |
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照射方式 | 外照式 | 光源種類 | 氙燈光源 |
應(yīng)用領(lǐng)域 | 化工,生物產(chǎn)業(yè),航天,電氣,綜合 | 光譜范圍 | 350nm-2500nm |
大面積光催化氙燈光源
光誘導(dǎo)有機(jī)合成反應(yīng)在有機(jī)合成化學(xué),特別在一些非常見結(jié)構(gòu)的合成中占有特殊的地位,能大大縮短傳統(tǒng)合成化學(xué)的步驟而經(jīng)濟(jì)實用。
1972年,Fujishima A等,報道采用TiO2光電極和鉑電極組成光電化學(xué)體系使水分解為氫氣和氧氣,從而開辟了半導(dǎo)體光催化這一新的領(lǐng)域。半導(dǎo)體光催化開始研究的目的只是為了實現(xiàn)光電化學(xué)太陽能的轉(zhuǎn)化,之后研究的焦點轉(zhuǎn)移到環(huán)境光催化領(lǐng)域。1977年Frank SN 等首先驗證了用半導(dǎo)體TiO2光催化降解水中*化物的可能性,光催化氧化技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用成為研究的熱點。20世紀(jì)80年代初期,以 Fe2O3 沉積TiO2為光催化劑成功地由氫氣和氮氣光催化合成氨,引起了人們對光催化合成的注意。1983年,芳香鹵代烴的光催化羰基化合成反應(yīng)的實現(xiàn),開始了光催化在有機(jī)合成中的應(yīng)用。光催化開環(huán)聚合反應(yīng)、烯烴的光催化環(huán)氧化反應(yīng)等陸續(xù)有報道,光催化有機(jī)合成已成為光催化領(lǐng)域的一個重要分支。
光催化是光化學(xué)和催化科學(xué)的交叉點,一般是指在催化劑參與下的光化學(xué)反應(yīng)。半導(dǎo)體材料之所以具有光催化特性,是由它的能帶結(jié)構(gòu)所決定。半導(dǎo)體的晶粒內(nèi)含有能帶結(jié)構(gòu),其能帶結(jié)構(gòu)通常由一個充滿電子的低能價帶(valent-band,VB)和一個空的高能導(dǎo)帶(conduction band,CB)構(gòu)成,價帶和導(dǎo)帶之間由禁帶分開,該區(qū)域的大小稱為禁帶寬度,其能差為帶隙能,半導(dǎo)體的帶隙能一般為0. 2 ~3. 0 eV。當(dāng)用能量等于或大于帶隙能的光照射催化劑時,價帶上的電子被激發(fā),越過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶,同時在價帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴,即生成電子/空穴對。由于半導(dǎo)體能帶的不連續(xù)性,電子和空穴的壽命較長,在電場作用下或通過擴(kuò)散的方式運動,與吸附在催化劑粒子表面上的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng),或者被表面晶格缺陷俘獲??昭ê碗娮釉诖呋瘎﹥?nèi)部或表面也可能直接復(fù)合。因此半導(dǎo)體光催化關(guān)鍵步驟是:催化劑的光激發(fā),光生電子和空穴的遷移和俘獲,光生電子和空穴與吸附之間表面電荷遷移以及電子和空穴的體內(nèi)或表面復(fù)合。光催化反應(yīng)的量子效率低是其難以實用化為關(guān)鍵的因素。光催化反應(yīng)的量子效率取決于電子和空穴的復(fù)合幾率,而電子和空穴的復(fù)合過程則主要取決于兩個因素:電子和空穴在催化劑表面的俘獲過程;表面電荷的遷移過程。
早期光化學(xué)家認(rèn)為光是一種特殊的、能夠產(chǎn)生某些反應(yīng)的試劑。早在1843 年Draper發(fā)現(xiàn)氫與氯在氣相中可發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。1908年Ciamician利用地中海地區(qū)的強(qiáng)烈的陽光進(jìn)行各種化合物光化學(xué)反應(yīng)的研究,只是當(dāng)時對反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)還不能鑒定。到60年代上半葉,已經(jīng)有的有機(jī)光化學(xué)反應(yīng)被發(fā)現(xiàn)。60 年代后期,隨著量子化學(xué)在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用和物理測試手段的突破(主要是激光技術(shù)與電子技術(shù)),光化學(xué)開始飛速發(fā)展?,F(xiàn)在,光化學(xué)被理解為分子吸收大約200至700納米范圍內(nèi)的光,使分子到達(dá)電子激發(fā)態(tài)的化學(xué)。由于光是電磁輻射,光化學(xué)研究的是物質(zhì)與光相互作用引起的變化,因此光化學(xué)是化學(xué)和物理學(xué)的交叉學(xué)科。
相應(yīng)于熱化學(xué),光催化有機(jī)合成反應(yīng)的特點如下:
1)光是一種非常特殊的生態(tài)學(xué)上清潔的“試劑";
2)光化學(xué)反應(yīng)條件一般比熱化學(xué)要溫和;
3)光化學(xué)反應(yīng)能提供安全的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境,因為反應(yīng)基本上在室溫或低于室溫下進(jìn)行;
4)有機(jī)化合物在進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)時,不需要進(jìn)行基團(tuán)保護(hù);
5)在常規(guī)合成中,可通過插入一步光化學(xué)反應(yīng)大大縮短合成路線。 因此,光化學(xué)在合成化學(xué)中,特別是在天然產(chǎn)物、醫(yī)藥、香料等精細(xì)有機(jī)合成中具有特別重要的意義。
光催化的研究方向:
1)水污染治理
隨著工業(yè)化和現(xiàn)代化的不斷發(fā)展,環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重,水污染是其中重中之重。相比傳統(tǒng)水污染治理方法,光催化法綠色環(huán)保、無二次污染。除了常見的各種染料,如亞甲基藍(lán) (MB)、羅丹明 B (RhB)、甲基橙 (MO) 等,其他無色的污染物,比如雙酚 A(BPA),或者各種抗生素農(nóng)藥等都可以降解掉。此外,光催化還可以將水體中的有毒重金屬離子,如 Cr6+、Pt4+、Au3+ 等還原為低價離子,減弱其毒性。
2)水分解
傳統(tǒng)的化石能源儲量有限,且燃燒后會造成溫室效應(yīng)和環(huán)境污染,如何制造清潔可再生能源是研究熱點。利用光催化將水分解為 H2 和 O2,用氫能源取代化石能源,生態(tài)環(huán)保、成本低。但目前產(chǎn)氫效率還比較低,距離實際工業(yè)化應(yīng)用還有很長的路要走。
3)CO2 還原
隨著大氣中 CO2 濃度不斷增加,溫室效應(yīng)越發(fā)明顯,*端氣候頻發(fā),如何降低大氣中 CO2 含量是函待解決的重大問題。利用光催化技術(shù),將 CO2 還原為甲烷、甲醇、甲酸等有機(jī)化合物,具有很高的應(yīng)用價值。
4)空氣凈化
空氣中含有的污染物主要有氮氧化物 (NO2,NO 等),硫氧化物(SO2,SO3 等),各種揮發(fā)性有機(jī)化合物(甲苯、苯、二甲苯等)。目前處理空氣污染常見方法為物理吸附或者借助貴金屬降解,物理吸附適用面廣,但只適合于濃度較高污染物;貴金屬降解成本高,且條件苛刻,耗能高,效率低,只適用于有經(jīng)濟(jì)條件的工廠。光催化作為一種新型的綠色環(huán)保技術(shù),成本低,適用面廣,顯示出廣闊應(yīng)用前景。
5)抗菌
抗菌材料分為有機(jī)和無機(jī)兩類,而有機(jī)材料抗菌性弱、耐熱性差、穩(wěn)定性較差等特點限制了其使用,并逐漸被無機(jī)抗菌材料取代,而負(fù)載有銀、銅等金屬離子的無機(jī)殺菌劑能使細(xì)胞失去活性,但細(xì)菌被殺死后,可釋放出致熱和有毒的組分,如內(nèi)毒素。而 TiO2 等光催化劑不僅能殺死細(xì)菌,還能*降解有毒組分。
6)有機(jī)合成
傳統(tǒng)有機(jī)合成經(jīng)常使用到有害有毒或者危險試劑,且一些反應(yīng)條件苛刻,而光催化有機(jī)合成反應(yīng)條件溫和,具備高選擇性,簡單環(huán)保,成為有機(jī)合成研究熱點。目前,光催化在有機(jī)合成中的應(yīng)用有:
(1)醇,胺,烯烴和烷烴的氧化或芳香族化合物羥基化反應(yīng);
(2)用親核試劑活化、官能化 α-C-H 鍵以構(gòu)建新的 C-C 或 C-X(X = O,N 或 S)鍵;
(3)將硝基苯還原成氨基苯或偶氮苯等等。
當(dāng)然光催化的研究方向絕不止上面提到的這些,比如自清潔、太陽能電池等等??偠灾?,光催化是一個充滿朝氣與挑戰(zhàn)的領(lǐng)域,其中一些技術(shù)能實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用的話,將對人類生活帶來莫大的改善。
大面積光催化氙燈光源參數(shù):
1光譜范圍 350nm-2500nm,可選配延長至14μm
2光斑面積30cm-10米(可定制)
3空間不均勻度為+/- 5%(ASTM E927)。
4照度6萬lux-10萬lux可調(diào)(可以做道20萬lux)
5光功率:1000w/m2-2000 w/m2
6.光譜匹配度:除700-800nm以外在400-1100nm范圍內(nèi)均為A即
7 增大光照強(qiáng)度可以直接更換大功率燈泡無需更換電源
8 電源采用特殊設(shè)計可以有效延長燈泡使用壽命
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