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簡(jiǎn)要描述:大面積光催化太陽(yáng)光模擬器光誘導有機合成反應在有機合成化學(xué),特別在一些非常見(jiàn)結構的合成中占有特殊的地位,能大大縮短傳統合成化學(xué)的步驟而經(jīng)濟實(shí)用。
大面積光催化太陽(yáng)光模擬器
光誘導有機合成反應在有機合成化學(xué),特別在一些非常見(jiàn)結構的合成中占有特殊的地位,能大大縮短傳統合成化學(xué)的步驟而經(jīng)濟實(shí)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(kāi)辟了半導體光催化這一新的領(lǐng)域。半導體光催化開(kāi)始研究的目的只是為了實(shí)現光電化學(xué)太陽(yáng)能的轉化,之后研究的焦點(diǎn)轉移到環(huán)境光催化領(lǐng)域。1977年Frank SN 等首先驗證了用半導體TiO2光催化降解水中cyanide的可能性,光催化氧化技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域中的應用成為研究的熱點(diǎn)。20世紀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的實(shí)現,開(kāi)始了光催化在有機合成中的應用。光催化開(kāi)環(huán)聚合反應、烯烴的光催化環(huán)氧化反應等陸續有報道,光催化有機合成已成為光催化領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。
光催化是光化學(xué)和催化科學(xué)的交叉點(diǎn),一般是指在催化劑參與下的光化學(xué)反應。半導體材料之所以具有光催化特性,是由它的能帶結構所決定。半導體的晶粒內含有能帶結構,其能帶結構通常由一個(gè)充滿(mǎn)電子的低能價(jià)帶(valent-band,VB)和一個(gè)空的高能導帶(conduction band,CB)構成,價(jià)帶和導帶之間由禁帶分開(kāi),該區域的大小稱(chēng)為禁帶寬度,其能差為帶隙能,半導體的帶隙能一般為0. 2 ~3. 0 eV。當用能量等于或大于帶隙能的光照射催化劑時(shí),價(jià)帶上的電子被激發(fā),越過(guò)禁帶進(jìn)入導帶,同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生相應的空穴,即生成電子/空穴對。由于半導體能帶的不連續性,電子和空穴的壽命較長(cháng),在電場(chǎng)作用下或通過(guò)擴散的方式運動(dòng),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,或者被表面晶格缺陷俘獲??昭ê碗娮釉诖呋瘎﹥炔炕虮砻嬉部赡苤苯訌秃?。因此半導體光催化關(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或表面復合。光催化反應的量子效率低是其難以實(shí)用化為關(guān)鍵的因素。光催化反應的量子效率取決于電子和空穴的復合幾率,而電子和空穴的復合過(guò)程則主要取決于兩個(gè)因素:電子和空穴在催化劑表面的俘獲過(guò)程;表面電荷的遷移過(guò)程。
早期光化學(xué)家認為光是一種特殊的、能夠產(chǎn)生某些反應的試劑。早在1843 年Draper發(fā)現氫與氯在氣相中可發(fā)生光化學(xué)反應。1908年Ciamician利用地中海地區的強烈的陽(yáng)光進(jìn)行各種化合物光化學(xué)反應的研究,只是當時(shí)對反應產(chǎn)物的結構還不能鑒定。到60年代上半葉,已經(jīng)有的有機光化學(xué)反應被發(fā)現。60 年代后期,隨著(zhù)量子化學(xué)在有機化學(xué)中的應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(kāi)始飛速發(fā)展?,F在,光化學(xué)被理解為分子吸收大約200至700納米范圍內的光,使分子到達電子激發(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。相應于熱化學(xué),光催化有機合成反應的特點(diǎn)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)反應條件一般比熱化學(xué)要溫和;
3)光化學(xué)反應能提供安全的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境,因為反應基本上在室溫或低于室溫下進(jìn)行;
4)有機化合物在進(jìn)行光化學(xué)反應時(shí),不需要進(jìn)行基團保護;
5)在常規合成中,可通過(guò)插入一步光化學(xué)反應大大縮短合成路線(xiàn)。 因此,光化學(xué)在合成化學(xué)中,特別是在天然產(chǎn)物、醫藥、香料等精細有機合成中具有特別重要的意義。
定制的太陽(yáng)光模擬器,對研究高層大氣中的空氣污染效應和光化學(xué)具有*而特殊的光譜要求??蛻?hù)的樣品室是一個(gè)裝有懸浮氣溶膠的旋轉圓柱鼓,需要均勻和準直的照明。
大面積光催化太陽(yáng)光模擬器參數
1)太陽(yáng)模擬器的輸出光譜規定為280nm – 750nm。
2)照明區域覆蓋范圍可定制。
3)空間不均勻度為+/- 10%(ASTM E927)。
4)總輻照度的10%
該系統的核心是6000 W氙氣短弧燈和深橢圓形反射鏡,可產(chǎn)生的光功率并將其重定向到均質(zhì)系統中,定制了特殊的光譜濾光片,可根據客戶(hù)要求模擬太陽(yáng)光譜。
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