光催化机理图

第六章半导体催化剂的催化作用及光催化原理.

第六章半导体催化剂的催化作用及光催化原理 ?本章主要内容： ?半导体的能带结构及其催化活性 ?从能带结构出发，讨论催化剂的导电性能、逸出功与催化活性的关系 ?半导体多相光催化原理金属氧化物与金属硫化物催化剂概述过渡金属氧化物与过渡金属硫化物有许多相似之处，多为半导体型化合物。作为氧化用的过渡金属氧化物催化剂主要催化反应类型是烃类的选择性氧化和NOx的还原等；作为催化剂的多为过渡金属硫化物，如Mo、W、Ni、Co、Fe等的金属硫化物具有加氢、异构、氢解等催化活性，用于油品的加氢精制；加氢脱硫(HDS)、加氢脱氮(HDN)、加氢脱金属(HDM)等过程。半导体的能带结构及其催化活性过渡金属氧化物、硫化物(半导体)催化剂过渡金属氧化物、硫化物催化剂多属半导体类型，本章用半导体能带理论来说明这类催化剂的催化特性。将半导体的导电性能、电子逸出功与催化活性相关联，解释解释这类催化剂的催化作用。固体的能带结构原子核周围的电子是按能级排列的。例如1S，2S，2P，3S，3P……内层电子处于较低能级，外层电子处于较高能级。固体是由许多原子组成的，固体中许多原子的电子轨道发生重叠，其中外层电子轨道重叠最多。由于这种重叠作用，电子不再局限于在一个原子内运动，而是在整个固体中运动，这种特性称为电子的共有化。但重叠的外层电子也只能在相应的轨道间转移运动。例如3S引起3S共有化，形成3S 能带；2P轨道引起2P共有化，形成2P能带。禁带、满带或价带、空带或导带 3S能带与2P能带之间有一个间隙，其中没有任何能级，故电子也不能进入此区，称之为禁带；下面一部分的能级组成一个带，一般充满或部分充满价电子，称为满带或价带；上面一部分的能带也组成一个带，在基态时往往不存在电子，只有处于激发态时才有电子进入此带，所以称为空带，又叫导带；激发到空带中去的自由电子提供了半导体的导电能力。金属的能带结构导体、半导体、绝缘体的能带结构比较

光立方设计原理

黎明途电子一.光立方原理你的思维有多宽，光立方的动画就有多多。我猜想大家做光立方都是为了能随性所欲的控制每一个灯珠，来实现自己想的一些精美动画。那么，让我们从光立方的原理开始入手。一讲到原理，估计很多同学就头痛了。这里借鉴在网上找的一些资料来帮助大家理解光立方的原理。先从点阵的点亮原理说吧，如图所示这是一张led 的点阵图，如果我们想要点亮任意位置的led，我们只要在该位置 led所使用的列线接地，行线接上+V即可。学过单片机的朋友，都知道数码管是怎么点亮的，其中有位选和段选之分，通过扫描来实现所有数码管能正常工作以实现我们想要的数字。点阵也一样，尽管是8*8的点阵，如果我们让整体能随意显示图案，那也需要用动态扫描的方式来实现，否则无法实现对其精准的控制。所谓动态扫描，就是说我们一次只能让一行排或者一竖排的灯亮。每次只能这么点亮，8次为一个周期，从左至右依次点一次，那么循环起来，我们看到的就是完整的图像了。

在这里，一共有8层。想必大家对光立方的连接已经有了一定的了解，纵向一束的负极性引脚是要连在一起，而横向一层的正极性角连在一起。从扫描的角度去说，那一次也只能够点亮一层。这里光立方的一层有64个灯，我们想成之前那个8*8的平面点阵。光立方的每一层虽然有64个灯，但是我们会有64跟线分别连接到这些灯上，从而实现一次性的对64个灯进行控制。我们将一个立体画面从下往上分为8层，每次扫面一层这样一副画面就完成了。通常单片机引脚较少，我们采用74hc595芯片进行拓展（74hc595原理请参考595用户手册）。下面来一张电路图，此图是用595进行拓展的。（这张图是模块原理图的截图，接线不是很清晰，可以参考原理图）在图中，数据通过串行的方式，分别传送到每一个 74hc595中，再内部控制器储存这些数据，从而实现一层64个灯同时的点亮。描述一个固定画面的显示，需要硬件执行8次扫描的过程。 1.将第一层64个点的数据传入8个74hc595中，控制uln2803层控制芯片打开第一层开关，使第一层点亮，这个时候，其他层是灭的。 2.等待时间t。 3.熄灭第一层，开始向74hc595中传输第二层的数据，锁存，开启第二层总控制开关，点亮第二层。 4.等待时间t。 .......

TiO2光催化原理及应用

TiO2光催化原理及应用一.前言在世界人口持续增加以及广泛工业化的过程中，饮用水源的污染问题日趋严重。根据世界卫生组织的估计，地球上22% 的居民日常生活中的饮用水不符合世界卫生组织建议的饮用水标准。长期摄入不干净饮用水将会对人的身体健康造成严重危害, 世界围每年大概有200 万人由于水传播疾病死亡。水中的污染物呈现出多样化的趋势，常见的污染物包括有毒重金属、自然毒素、药物、有机污染物等。常规的饮用水净化技术有氯气、臭氧和紫外线消毒以及过滤、吸附、静置等，但是这些方法对新生的污物往往不是非常有效，并且可能导致二次污染。包括我国在世界围广泛应用的氯气消毒法，可能在水中生成对人类健康有害的高氯酸盐。臭氧消毒是比较安全的消毒方法，但是所需设备昂贵；而紫外线消毒法需要能源支持，并且日常的维护都需要专业的技术人员；吸附法一般需要消耗大量的吸附剂，使用过的吸附剂一般需要额外的处理。这些缺点限制了它们的应用围，迫切需要发展一种高效、绿色、简单的净化水技术。自然界中，植物、藻类和某些细菌能在太的照射下，利用光合色素将二氧化碳（或硫化氧）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）。这种光合作用是一系列复杂代反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。光化学反应的过程与植物的光合作用很相似。光化学反应一般可以分为直接光解和间接光解两类。直接光解为物质吸收能量达到激发态，吸收的能量使反应物的电子在轨道间的转移，当强度够大时，可造成化学键的断裂，产生其它物质。直接光解是光化学反应中最简单的形式，但这类反应产率一般较低。间接光解则为反应系统中某一物质吸收光能后，再诱使另一种物质发生化学反应。半导体在光的照射下，能将光能转化为化学能，促使化合物的合成或使化合物(有机物、无机物)分解的过程称之为半导体光催化。半导体光催化是光化学反应的一个前沿研究领域，它能使许多通常情况下难以实现或不可能进行的反应在比较温和的条件下顺利进行。与传统技术相比，光催化技术具有两个最显著的特征：第一，光催化是低温深度反应技术。光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物等完全氧化二氧化碳和水等产物。第二，光催化可利用紫外光或太作为光源来活化光催化剂，驱动氧化－还原反应，达到净化目的，对净化受无机重金属离子污染的废水及回收贵金属亦有显著效果。二.TiO2的性质及光催化原理许多半导体材料(如TiO2，ZnO，Fe2O3，ZnS，CdS等)具有合适的能带结构可以作为光催化剂。但是，由于某些化合物本身具有一定的毒性，而且有的半导体在光照下不稳定，存在不同程度的光腐蚀现象。在众多半导体光催化材料中，TiO2以其化学性质稳定、氧化-还原性强、抗腐蚀、无毒及成本低而成为目前最为广泛使用的半导体光催化剂。 TiO2属于一种n型半导体材料，它有三种晶型——锐钛矿相、金红石相和板钛矿相，板

光催化原理

光催化原理光催化的原理：（1）它是一种利用新型的复合纳米高科技功能材料的技术。（2）它一种是低温深度反应技术，光催化剂纳米粒子在一定波长的光线照射下受激生成电子—空穴对，空穴分解催化剂表面吸附的水产生氢氧自由基，电子使其周围的氧还原成活性离子氧，从而具备极强的氧化—还原作用，将光催化剂表面的各种污染物摧毁。（1）低温深度反应：光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物完全氧化成无毒无害的物质。而传统的高温焚烧技术则需要在极高的温度下才可将污染物摧毁，即使用常

规的催化氧化方法亦需要几百度的高温。（2）净化彻底：它直接将空气中的有机污染物，完全氧化成无毒无害的物质，不留任何二次污染，目前广泛采用的活性炭吸附法不分解污染物，只是将污染源转移。（3）绿色能源：光催化可利用太阳光作为能源来活化光催化剂，驱动氧化—还原反应，而且光催化剂在反应过程中并不消耗。从能源角度而言，这一特征使光催化技术更具魅力。（4）氧化性强：大量研究表明，半导体光催化具有氧化性强的特点，对臭氧难以氧化的某些有机物如三氯甲烷、四氯化炭、六氯苯、都能有效地加以分解，所以对难以降解的有机物具有特别意义，光催化的有效氧化剂是羟基自由基（HO），HO的氧化性高于常见的臭氧、双氧水、高锰酸钾、次氯酸等。（5）广谱性：光催化对从烃到羧酸的种类众多有机物都有效，美国环保署公布的九大类114 种污染物均被证实可通过光催化得到治理，即使对原子有机物如卤代烃、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂也有很好的去除效果，一般经过持续反应可达到完全净化。（6）寿命长：理论上，催化剂的寿命是无限长的。

半导体光催化综述

硫及金属硫化物-类石墨相氮化碳纳米复合材料的制备，表征及其光催化性能的研究

第一章绪论自18世纪60年代的第一次工业革命到现在以来，科学技术迅猛发展、日新月异。工业革命（第一次科技革命）以瓦特的蒸汽机的发明为标志，宣告了人类社会由原来的火器时代，进入到了蒸汽时代。第二次科技革命发生在19世纪70年代，在这个时期，自然科学取得了飞速的进展，由于资本主义制度的逐渐形成和完善，资本主义国家为了生存和发展，开始了大量的对世界资源进行掠夺。两次工业革命对然建立了世界的初步两极格局，但是两次科技革命的功劳还是不容忽视的，它们推动了传统的农业，手工业向现代化工业以及机器化工业的飞速发展，并且带给了人类社会巨大的物质财富，在资本主义国家逐利的对外扩张过程中，不可否认的是它们的争斗促进了人类文明的进步和繁荣。但是，当资本家们在大力发展社会生产力，提高生活水平的同时，对环境也造成了严重的破坏，至今，已严重威胁着我们所处在的的生存环境。特别是在进入20世纪50年代之后的第三次科技革命；随着工业现代化进程的加快，人类向所生存的环境排放了大量的生产废水、废气，它们其中含有大量的有毒污染物如医用药品、农药、工业染料、表面活性剂和含有重金属离子的溶液等，含有上述物质的这些废水给人类的健康和生存环境带来巨大的威胁。而且在上述这些污染物中，用传统的处理方法很难将其完全消灭和降解。废水中的很多有机化合物能使水中的厌氧微生物发生异变，从而产生明显的毒害作用；所以必须创造出一些其它的非生物的降解技术来除去这些有机化合物[1-3]。因此，开发一种简便、有效、快捷、无害的方法来治理水体污染和大气污染是当前社会一个亟待解决的问题。并且，社会现代化的发展需要消耗大量的能源，据专家分析，传统的化石能源已经不能继续维持人类社会的长期发展，而且传统的化石能源的使用是当前引发严重环境问题的万恶之源。所以，环境问题和能源问题是21世纪可持续发展战略的两大亟待解决的严重问题。

半导体光催化综述

硫及金属硫化物-类石墨相氮化碳纳米复合材料的制备，表征及其光催化性能的研究

光催化材料的基本原理

二，光催化材料的基本原理半导体在光激发下，电子从价带跃迁到导带位置，以此，在导带形成光生电子，在价带形成光生空穴。利用光生电子-空穴对的还原氧化性能，可以降解周围环境中的有机污染物以及光解水制备H2和O2。高效光催化剂必须满足如下几个条件：（1）半导体适当的导带和价带位置，在净化污染物应用中价带电位必须有足够的氧化性能，在光解水应用中，电位必须满足产H2和产O2的要求。（2）高效的电子-空穴分离能力，降低它们的复合几率。（3）可见光响应特性：低于420nm左右的紫外光能量大概只占太阳光能的4%，如何利用可见光乃至红外光能量，是决定光催化材料能否在得以大规模实际应用的先决条件。常规anatase-type TiO2 只能在紫外光响应，虽然通过搀杂改性，其吸收边得以红移，但效果还不够理想。因此，开发可见光响应的高效光催化材料是该领域的研究热点。只是，现在的研究状况还不尽人意。三，光催化材料体系的研究概况从目前的资料来看，光催化材料体系主要可以分为氧化物，硫化物，氮化物以及磷化物氧化物：最典型的主要是TiO2及其改性材料。目前，绝大部分氧化物主要集中在元素周期表中的d区，研究的比较多的是含Ti，Nb，

Ta的氧化物或复合氧化物。其他的含W，Cr，Fe，Co，Ni，Zr等金属氧化物也见报道。个人感觉，d区过渡族金属元素氧化物经过炒菜式的狂轰乱炸后，开发所谓的新体系光催化已经没有多大潜力。目前，以日本学者J. Sato为代表的研究人员，已经把目光锁定在p区元素氧化物上，如含有Ga，Ge，Sb，In，Sn，Bi元素的氧化物。硫化物：硫化物虽然有较小的禁带宽度，但容易发生光腐蚀现象，较氧化物而言，稳定性较差。主要有ＺnＳ，ＣdＳ等氮化物：也有较低的带系宽度，研究得不多。有Ｔa／Ｎ，Ｎb／Ｎ等体系磷化物：研究很少，如ＧaＰ按照晶体/颗粒形貌分类：（1）层状结构 **半导体微粒柱撑于石墨及天然/人工合成的层状硅酸盐 **层状单元金属氧化物半导体如：V2O5，MoO3，WO3等 **钛酸，铌酸，钛铌酸及其合成的碱（土）金属离子可交换层状结构和半导体微粒柱撑于层间的结构 **含Bi层状结构材料，(Bi2O2)2+(An-1BnO3n+1)2- (A=Ba，Bi，Pb；B=Ti，Nb，W)，钙钛矿层(An-1BnO3n+1)2-夹在(Bi2O2)2+层之间。典型的有：Bi2WO6，Bi2W2O9，Bi3TiNbO9

BiOCl光催化机理

BiOCl光催化剂是典型的p型半导体，具有较宽的禁带宽度3.02~3.5 eV，需要吸收能量较大的紫外光才能得到激发，其光催化机理示意图如图1-1所示。图1-1 BiOCl光催化反应机理。图中(1)、(2)、(3)代表BiOCl光催化过程中三个主要步骤Fig. 1-1 The photocatalytic reaction mechanism of BiOCl. (1), (2) and (3) represent the three main steps in the photocatalytic process of BiOCl, respectively. 如图1-1所示，BiOCl的光催化作用主要分为三个步骤：(1)光激发。对于半导体而言，其价带部分的能级处于电子全满状态，该能带的电子不能自由移动，故它需要吸收足够的能量跃迁至更高的能级，从而使得全满的价带变为部分填充，固体中的电子才能得以自由移动。充满电子的价带顶端(V alence Band Maximum，VBM)与导带底(Conduction Band Minimum，CBM)之间的空能级区域称为禁带(Forbidden Band)。当BiOCl受到能量大于或等于其禁带宽度(E g)的光照射时，其价带(VB)上的电子(e-)可吸收足够的能量穿过禁带跃迁至导带(CB)，同时在价带相应位置留下光生空穴(h+)，这样就产生了光生电子-空穴对，此过程称为半导体光激发；(2)光生电子与空穴的迁移。光生载流子(e--h+)迁移至BiOCl的表面。在迁移过程中，大量光生电子与空穴会不可避免地发生体相复合，还有部分迁移至BiOCl表面的光生载流子会出现一定程度的表面复合。光生电子与空穴之间的复合反应，将能量以光或热的形式释放，但这大大降低了BiOCl光催化材料的量子效率，对光催化剂的光催化性能极为不利；(3)氧化还原反应。迁移至BiOCl 表面的电子会与吸附在表面的有机物(受主A，Acceptor)发生还原反应，而空穴迁移至表面后则能够夺取吸附有机物(施主D，Donor)中的电子产生氧化反应。

基于单片机的光立方设计

XXXX大学本科课程设计题目:基于单片机的光立方设计姓名: 学号: 院（系）: 专业、年级: 指导教师: 二○XX年X月

一、设计任务在当今信息化社会的高速发展过程中，大屏幕显示已经从公共信息展示等商业应用向消费类多媒体应用渗透。新型的大屏幕要求显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，这些设计广泛应用于交通运输、车站、商场、医院、宾馆、证券市场、工业企业管理等公共场所。本设计旨在利用人眼视觉暂留的特点，通过AT89C52单片机控制一个由64盏LED灯组成的四层光立方模拟3D显示效果，实现三维显示。该光立方具有以下功能： 1）能单独点亮每一个LED灯； 2）能点亮任意一条线上的LED灯； 3）能同时点亮任意一个面上的LED灯； 4）能同时点亮所有的LED灯； 5）能让LED灯自由亮灭，产生不同的显示效果。二、设计方案 1、单片机资源分配情况将LED光立方分成4层，分别由单片机的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3，四个IO 口来控制每一层，由于采用的是共阳极所以当层电位为高电平有效，由P0口和P1的总共16个IO口来控制每层的16盏灯，低电平有效，P0口加上拉排阻。这样就可以通过控制IO口的输出电平来控制每盏灯的亮灭。 2、系统框图本系统主要由时钟电路、复位电路、LED光立方电路组成；时钟电路和复位电路作为单片机输入，LED光立方电路作为单片机输出，显示出控制结果如图2- 1所示。时钟电路：单片机的各个功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，一拍一拍的工作。因此时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的可靠性和稳定性。常用的时钟电路设计为内部时钟方式，单片机内部有一个由反向放大器构成的振荡电路，芯片上的XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入和输出端。只要在这两个引脚上接一个石英晶体振荡器和两个微调电容就构成内部方式的振荡器电路，由振荡器产生自激振荡，便构成一个完整的振荡信号发生器。复位电路：通过某种方式，使单片机内部各类寄存器的值变为初始状态的操作称为复位，复位主要通过外部电路实现。常见的复位电路包括上电复位、手动

光立方讲解

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题记：本人刚毕业的学生兼职做DIY小东西，看到这个比较漂亮就多做了几套兼职。提供技术支持，可在旺旺上询问，或者加QQ。网上看到很多都是光立方的例子，这里首先声明，本程序并非自己独立编写。是从网上copy 下来，修改。代码比较长，第一次下载下来的时候，很多程序都是残缺程序，有些人随意更改一些语句导致不能正常运行。下面就让我来教大家一起来做光立方。一、光立方原理你的思维有多宽，光立方的动画就有多多。我猜想大家做光立方都是为了能随性所欲的控制每一个点，来实现自己想的一些精美动画。那么，让我们从光立方的原理开始入手。一讲到原理，估计很多同学就头痛了。这里借鉴在网上找的一些资料来帮助大家理解光立方的原理。先从点阵的点亮原理说吧，如图所示这是一张led的点阵图，如果我们想要点亮任意位置的led，我们只要在该位置led所使用的列线接地，行线接上+V即可。学过单片机的朋友，都知道数码管是怎么点亮的，其中有位选和段选之分，

通过扫描来实现所有数码管能正常工作以实现我们想要的数字。点阵也一样，尽管是8*8的点阵，如果我们让整体能随意显示图案，那也需要用扫描的方式来实现否则，无法实现对其精准的控制。所谓扫描，就是说，我们一次只能让一行排或者一竖排的灯亮。每次只能这么点，8次为一个周期，从左至右依次点一次，那么循环起来，我们看到的就是完整的图像了。在这里，一共有8层，想必大家对光立方的连接已经有了一定的了解，纵向一束的某根引脚是要连在一起，而横向一层的另一根一角连在一起。从扫描的角度去说，那一次也只能够点亮一层。为什么这么说呢？这里光立方的一层虽然有64个灯，但不要想成之前那个8*8的平面点阵，一般情况下，8*8的平面点阵需要进行一个周期的扫描，才能将图像映像到点阵上，而我们的光立方，因为纵向需要扫描所以横向不允许再去做扫描，那样会影响到亮度以及效，率，更影响成像效果。所以一般情况下，光立方的每一层虽然有64个灯，但是我们会有64跟线分别连接到这些灯上，从而实现一次性的对64个灯进行控制，通常单片机引脚较少，一般将采用74hc573,74hc595等芯片进行拓展。下面来一张电路图，此图是用573进行拓展的。（这张图是从网上copy的，接线比较清晰，不是本人做的原理图）

光催化的原理

光催化原理光催化净化是基于光催化剂在紫外线照射下具有的氧化还原能力而净化污染物。光催化原理半导体光催化剂大多是n型半导体材料（当前以为TiO2使用最广泛）都具有区别于金属或绝缘物质的特别的能带结构，即在价带(ValenceBand，VB)和导带(ConductionBand，CB)之间存在一个禁带(ForbiddenBand,BandGap)。由于半导体的光吸收阈值与带隙具有式K=1240/Eg(eV)的关系，因此常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外区域。当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时，半导体的价带电子发生带间跃迁，即从价带跃迁到导带，从而产生光生电子(e-)和空穴(h+)。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子，而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性，能将绝大多数的有机物氧化至最终产物CO2和H2O，甚至对一些无机物也能彻底分解。光催化应用技术利用光催化净化技术去除空气中的有机污染物具有以下特点： 1直接用空气中的氧气做氧化剂，反应条件温和（常温常压） 2可以将有机污染物分解为二氧化碳和水等无机小分子，净化效果彻底。 3半导体光催化剂化学性质稳定，氧化还原性强，成本低，不存在吸附饱和现象，使用寿命长。光催化净化技术具有室温深度氧，二次污染小，运行成本低和可望利用太阳光为反应光源等优点，所以光催化特别合适室内挥发有机物的净化，在深度净化方面显示出了巨大的应用潜力。常见的光催化剂多为金属氧化物和硫化物，如TiO2, ZnO,CdS,WO3等，其中TiO2的综合性能最好，应用最广。自1972年Fujishima和Honda发现在受辐照的TiO2上可以持续发生水的氧化还原反应，并产生H2以来，人们对这一催化反应过程进行了大量研究。结果表明，TiO2具有良好的抗光腐蚀性和催化活性，而且性能稳定，价廉易得，无毒无害，是

光催化原理

光催化原理光催化的原理： 1.光催化净化的基本原理是什么？ (1)它是一种利用新型的复合纳米高科技功能材料的技术。 (2)它一种是低温深度反应技术，光催化剂纳米粒子在一定波长的光线照射下受激生成电子一空穴对，空穴分解催化剂表面吸附的水产生氢氧自由基，电子使其周围的氧还原成活性离子氧，从而具备极强的氧化一还原作用，将光催化剂表面的各种污染物摧毁。 mm 伽的w啊轴刊蛉恳Mtn抽iok甜1■自翊HI II住萨轉棉割愉沛抽齢讨堰闵鋼離曲毗n 總需旳擁. 2. 光催化净化的技术特征? (1)低温深度反应：光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物完全氧化成无毒无害的物质。而传统的高温焚烧技术则需要在极高的温度下才可将污染物摧毁，即使用常规的催化氧化方法亦需要几百度的高温。

（2）净化彻底：它直接将空气中的有机污染物，完全氧化成无毒无害的物质，不留任何二次污染，目前广泛采用的活性炭吸附法不分解污染物，只是将污染源转移。（3）绿色能源：光催化可利用太阳光作为能源来活化光催化剂，驱动氧化一还原反应，而且光催化剂在反应过程中并不消耗。从能源角度而言，这一特征使光催化技术更具魅力。（4）氧化性强：大量研究表明，半导体光催化具有氧化性强的特点，对臭氧难以氧化的某些有机物如三氯甲烷、四氯化炭、六氯苯、都能有效地加以分解，所以对难以降解的有机物具有特别意义，光催化的有效氧化剂是羟基自由基（HO , H0的氧化性高于常见的臭氧、双氧水、高锰酸钾、次氯酸等。（5）广谱性：光催化对从烃到羧酸的种类众多有机物都有效，美国环保署公布的九大类114 种污染物均被证实可通过光催化得到治理，即使对原子有机物如卤代烃、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂也有很好的去除效果，一般经过持续反应可达到完全净化。（6）寿命长：理论上，催化剂的寿命是无限长的。 3. 光催化空气净化器基本净化流程

(精选)半导体材料光催化作用的机理

半导体光催化机理纳米二氧化钛主要有二种晶体结构，即：锐钛矿和金红石。它们的结构基本单位都是TiO 6八面体，其结构如图1-1所示。二种结构的不同在于八面体的扭曲程度和连接形式。锐钛矿结构由TiO 6八面体通过共边组成，而金红石结构则由共顶点且共边组成。利用纳米TiO 2为光催化剂，在溶液或空气中发生多相光催化降解污染物的反应过程大致包括以下几个主要步骤[5]： 1）TiO 2在光的照射下，被能量大于或等于其禁带宽度的光子所激发，产生具有一定能量的光生电子（e -）和空穴（h +）； 2）光生电子（e -）和空穴（h +）在TiO 2颗粒的内部以及界面之间的转移或失活； 3）光生电子（e -）和空穴（h +）到达TiO 2粒子表面并与其表面吸附物质或溶剂中的物质发生相互作用，即发生氧化还原反应，从而产生一些具有强氧化性的自由基团（?OH ，O 2-）和具有一定氧化能力的物质（H 2O 2）。 4）上述产生的具有强氧化性的自由基团和氧化性物质与被降解污染物充分作用，使其氧化或降解为CO 2与H 2O 。 Fig. 1-1 Ti －O 6 octahedron 图1-1 钛氧八面体 H OH Organic h e +— E g O 2O 2-H 2O OH +2-water 2 2Compounds CO 2 2VB CB sun hv + - ·OH Fig. 1-2 Schematic diagram of photocatalytic degradation on semiconductor photocatalysts (TiO 2) [6]

图1-2 半导体光催化反应原理示意图（TiO 2 ）[6] 以锐钛矿TiO 2光催化材料为例，当TiO 2 光催化剂受到大于其禁带能量的光照射时，在其内部和表面都会产生光生电子和光生空穴。一部分光生电子和光生空穴参与光催化反应，另外一部分光生电子与空穴会立即发生复合，以热量的形式散发出去。如果二氧化钛中没有电子和空穴俘获剂，储备的光能在几毫秒的时间内就会通过光生电子和空穴的复合以热能的形式释放出来，或以其它形式散发掉；如果在二氧化钛的表面或者体相中有俘获剂或表面缺陷态时，能够有效阻止光生电子和空穴的重新复合，使电子和空穴有效转移，从而能在催化剂表面发生一系列的氧化-还原反应，将吸收的光能转换为化学能。如图1-2所示[6,7]。以下是一些具体的化学反应式： TiO 2 + h→ h vb+ + e cb- (1－1) h vb + + e cb -→ heat (1－2) h vb + + H 2 O →·OH + H+ (1－3) h vb + + OH-→·OH (1－4) e cb - + O 2 →O 2 -· (1－5) O 2-· + O 2 -· + 2H+→H 2 O 2 + O 2 (1－6) O 2-· + H+→HO 2 · (1－7) HO 2· + H+ + e cb -→H 2 O 2 (1－8) H 2O 2 + h→2·OH (1－9) H 2O 2 + e cb -→·OH + OH- (1－10) 上面的反应式子中，羟基自由基(·OH)和超氧离子自由基(·O 2 -)都有很强的氧化性，无论它们在气相还是在液相中，都能将一些有机或无机物质氧化，因此，一般认为，·OH和·O 2 -是光催化氧化中主要的也是最重要的活性基团，可以氧化包括自然界中生物难以转化的各种有机物污染物并使之最后降解成CO 2 、 H 2 O和无毒矿物。对反应的作用物几乎没有选择性，在光催化氧化反应过程中起着决定性作用。而且由于它们的氧化能力强，氧化反应一般不会停留在中间步骤，因而一般不会产生中间副产物。故这种深度氧化的过程在处理环境污染物中具有很大的应用前景，例如：水中的无机、有机污染物卤代烃、芳烃、染料、杀虫剂和除草剂等物质均可根据此原理进行降解除去。但是它们的最大缺点之一是对反应物没有选择性，一定程度上制约了其发展。

光立方电路原理图

7：C3 p1^2 ST B08 RCK 6：C1 p1^1 SH B09 SCLK 5：C2 p1^0 DS B10 SI

8：C4 5V 7：C3 p1^2 ST B08 RCK 6：C1 p1^1 SH B09 SCLK 5：C2 p1^0 DS B10 SI 4 3:GND 2 1:7V Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 1 2 3 4 5 6 7 8 A B C D E F G H 这是用595的电路，材料清单如下： 1：8个74HC595（封装为DIP—16）； 2：2个74HC04（封装为DIP—14）； 3：2个30PF的瓷介电容；一个10UF的电解电容；一个220UF的电解电容； 4：一块89C516（单片机）； 5：每个芯片配套的座子； 6：24或者12MHZ的晶振； 7：1个1K，1个10K（都是碳膜电阻）； 8：一个按键开关，3个按键； 9：最好买600个灯，因为焊接的时候可能会损坏（颜色随便你自己选择）； 10：你可以考虑买4个铜柱；备注：上面的3个按键可以只要1个，另外2个是我设计的外部中断，你可以不用它；同时我自己有开发板，所以我没有设计程序下载电路，全以最节省的方案为前提，你只要把单片机在开发板上下载好程序，再插到光立方上就好了。同时画电路时每个芯片的电源引脚隐藏了，（单片机是20接负，40接正；595是8接负，16接正；7404是7接负，14接正。），还有注意电解电容的极性。关于你接电源的问题是你自己的事，我是在板子上面安装了一个USB的接口供电。

这是用573的电路，材料清单如下： 1：8个74HC573（封装为DIP—20）； 2：2个74HC04（封装为DIP—14）； 3：2个30PF的瓷介电容；2个10UF的电解电容；一个220UF的电解电容； 4：一块89C516（单片机）； 5：每个芯片配套的座子； 6：24或者12MHZ的晶振； 7：1个1K，2个10K，8个500欧（都是碳膜电阻）； 8：一个按键开关，1个按键； 9：最好买600个灯，因为焊接的时候可能会损坏（颜色随便你自己选择）； 10：你可以考虑买4个铜柱；备注：画电路时每个芯片的电源引脚隐藏了，（单片机是20接负，40接正；573是10接负，20接正；7404是7接负，14接正。），还有注意电解电容的极性。关于你接电源的问题是你自己的事，我是在板子上面安装了一个USB的接口供电。还有就是这个电路我没有画全，因为全部都一样的：就是： 1：把8个573的2—9引脚对应接在一起； 2：把8个573的11脚接在一起；

光催化原理及应用

光催化原理及应用起源光触媒，是一个外来词，起源于日本，由于日本文字写成“光触媒”，所以中国人就直接把她命名为“光触媒”。其实日文“光触媒”翻译成中文应该叫“光催化剂”翻译成英文叫“photo catalyst”。光触媒于1967年被当时还是东京大学研究生的藤岛昭教授发现。在一次试验中对放入水中的氧化钛单结晶进行了光线照射，结果发现水被分解成了氧和氢。这一效果作为“ 本多· 藤岛效果” （Honda-Fujishima Effect）而闻名于世，该名称组合了藤岛教授和当时他的指导教师----东京工艺大学校长本多健一的名字。这种现象相当于将光能转变为化学能，以当时正值石油危机的背景，世人对寻找新能源的期待甚为殷切，因此这一技术作为从水中提取氢的划时代方法受到了瞩目，但由于很难在短时间内提取大量的氢气，所以利用于新能源的开发终究无法实现，因此在轰动一时后迅速降温。 1992年第一次二氧化钛光触媒国际研讨会在加拿大举行，日本的研究机构发表许多关于光触媒的新观念，并提出应用于氮氧化物净化的研究成果。因此二氧化钛相关的专利数目亦最多，其它触媒关连技术则涵盖触媒调配的制程、触媒构造、触媒担体、触媒固定法、触媒性能测试等。以此为契机，光触媒应用于抗菌、防污、空气净化等领域的相关研究急剧增加，从1971年至2000年6月总共有10,717件光触媒的相关专利提出申请。二氧化钛 TiO 2 光触媒的广泛应用，将为人们带来清洁的环境、健康的身体。催化剂是加速化学反应的化学物质，其本身并不参加反应。典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。光触媒是一种纳米级的金属氧化物材料，它涂布于基材表面，在光线的作用下，产生强烈催化降解功能：能有效地降解空气中有毒有害气体；能有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理；同时还具备除臭、抗污等功能。光催化是在光的辐照下使催化剂周围的氧气和水转化成极具活性的氧自由基，氧化力极强，几乎可以分解所有对人体或环境有害的有机物质总的来说纳米光触媒技术是一种纳米仿生技术，用于环境净化，自清洁材料，先进新能源，癌症医疗，高效率抗菌等多个前沿领域。早在1839 年, Becquere 就发现了光电现象, 然而未能对其进行理论解释。直到1955 年, Brattain 和Gareet才对光电现象进行了合理的解释, 标志着光电化学的诞生。1972 年, 日本东京大学Fu jishmi a和H onda研究发现[ 3] , 利用二氧化钛单晶进行光催化反应可使水分解成氢和氧。这一开创性的工作标志着光电现象应用于光催化分解水制氢研究的全面启动。在过去30 年里, 人们在光催化材料开发与应用方面的研究取得了丰硕的成果。以二氧化钛为例, 揭示了其晶体结构、表面羟基自由基以及氧缺陷对量子效率的影响机制; 采用元素掺杂、复合半导体以及光敏化等手段拓展其光催化活性至可见光响应范围; 通过在其表面沉积贵金属纳米颗粒可以提高电子- 空穴对的分离效率, 提高其光催化活性。尽管人们对光催化现象的认知与应用取得了长足的进步, 然而受认知手段与认知水平的限制, 目前对光催化作用机理的研究成果仍不足以指导光催化技术的大规模工业化应用, 亟待大力开展光催化基本原理研究工作以促进这一领域的发展。另一方面, 现有光催化材料的光响应范围窄, 量子转换效率低, 太阳能利用率低, 依然是制约光催化材料应用的瓶颈。寻找和制备高量子效率光催化材料是实现光能转换的先决条件, 也是光催化材料研究者所需要解决的首要任务之一。光催化机理：半导体材料在紫外及可见光照射下，将光能转化为化学能，并促进有机物的合成与分解，这一过程称为光催化。当光能等于或超过半导体材料的带隙能量时，电子从价带(VB)激发到导带(CB)形成光生载流子(电子-空穴对)。在缺乏合适的电子或空穴捕获剂时，吸收的光能因为载流子复合而以热的形

8x8x8 光立方设计报告

目录摘要 (1) Abstract (1) 第一章绪论 (2) 1.1 光立方的意义： (2) 1.2 目的 (2) 1.3 章节安排 (5) 第二章基础软件技术介绍 (6) 2.1 proteus软件简介 (3) 2.2 Protel Dxp技术简介 (3) 2.2.1 Protel Dxp软件介绍 (3) 2.2.2 Protel Dxp基本技术 (3) 2.3 keil_μVision4软件 (4) 2.4 章节小结 (5) 第三章设计方案 (8) 3.1 总体设计方案 (5) 3.3元件的选择 (6) 3.4 本章小结 (7) 第四章基础硬件设计 (11) 4.1 74HC573芯片 (8) 4.2 STC12C5A60S2 (8) 4.3 ULN2803 (13) 4.4 本章小结 (13) 第五章软件设计 (14) 5.1 软件简介 (14) 5.2 程序流程图 (14) 5.3 主函数 (14) 5.4 本章小结 (14) 第六章系统调试与测试 (15) 第七章检测结果与分析 (16) 第八章总结与展望 (16) 第九章谢辞 (17) 参考文献 (17) 附录 (18)

摘要随着电子行业的不断发展，单片机的应用从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法，已广泛的应用在工业自动化、通信、自动检测、信息家电、电力电子航空航天等各个方面。成为现代生产和生活中不可缺少的一部分。此次我们正是利用单片机的知识，制作光立方，同时利用C语言进行编程，制作出自己想要的动画效果，并通过LED灯显示出我们编程的效果。本次作品采用的是8*8*8的模式，大概的距离是14cm*14cm*20cm（长.宽.高），主要分为三个模块：主控模块、驱动模块、显示模块；结合单片机和C 语言的学习，我们采用的主控芯片60K STC12C5A60S2芯片，驱动电路是采用我们常用的74HC573数字芯片。通过这次光立方的制作，我学习了许多单片机知识，进一步加强了protues、protel dxp软件学习。此外，对C语言的掌握也进一步提高。由于此次采取小组合作完成作品，在团队学习和集体协作方面上体会更为深刻了。也让我得到进一步的锻炼。关键字：光立方 74HC573 STC12C5A60S2 ULN2803 Abstract With the development of electronic industry, the application of SCM change control system design idea and method of the traditional fundamentally, have been widely used in various industrial automation, communications, automatic detection, information household appliances, power electronics fields of Aeronautics and astronautics. Become an indispensable part of modern production and living. The US is the use of SCM knowledge, build the cube, and the use of C language programming, making their own to animation, and through the LED lamp shows our programming effect. With this work is the 8*8*8 model, the distance is about 14cm*14cm*20cm (long. Wide. High), mainly divided into three modules: the main control module, a driving module, display module; based on MCU and C language learning, the main control chip 60K STC12C5A60S2 chip we used, drive circuit is used in our common the 74HC573 digital chip. Through the production of light cube, I learn a lot of knowledge of SCM, and further strengthen the Protues, PROTEL DXP software learning. In addition, also further improve the C language learning. Because of the team to take work to complete, in team learning and teamwork experience more profound. Let me get the further exercise. Keywords: optical cubic 74HC573 STC12C5A60S2 ULN2803

(精选)半导体材料光催化作用的机理

H2O OH degradati on on semic on ductor 2)[6] 半导体光催化机理纳米二氧化钛主要有二种晶体结构，即：锐钛矿和金红石。它们的结构基本单位都是TiO6八面体，其结构如图1-1所示。二种结构的不同在于八面体的扭曲程度和连接形式。锐钛矿结构由TiO6八面体通过共边组成，而金红石结构则由共顶点且共边组成。利用纳米 TiO2为光催化剂，在溶液或空气中发生多相光催化降解污染物的反应过程大致包括以下几个主要步骤⑸: 1）T iO2在光的照射下，被能量大于或等于其禁带宽度的光子所激发，产生具有一定能量的光生电子（e）和空穴（h+）； 2）光生电子（e ）和空穴（h+）在TiO2颗粒的内部以及界面之间的转移或失活； 3）光生电子（e）和空穴（h+）到达TiO2粒子表面并与其表面吸附物质或溶剂中的物质发生相互作用，即发生氧化还原反应，从而产生一些具有强氧化性的自由基团（QH Q-）和具有一定氧化能力的物质（HQ）。 4）上述产生的具有强氧化性的自由基团和氧化性物质与被降解污染物充分作用，使其氧化或降解为 Fig. 1-1 Ti —Q octahedron O2- O2 皿匚 Fig. 1-2 Schematic diagram of photocatalytic photocatalysts (TiO

图1-2半导体光催化反应原理示意图（TiO2）[6] 以锐钛矿TiO2光催化材料为例，当TiO2光催化剂受到大于其禁带能量的光照射时，在其内部和表面都会产生光生电子和光生空穴。一部分光生电子和光生空穴参与光催化反应，另外一部分光生电子与空穴会立即发生复合，以热量的形式散发出去。如果二氧化钛中没有电子和空穴俘获剂，储备的光能在几毫秒的时间内就会通过光生电子和空穴的复合以热能的形式释放出来，或以其它形式散发掉；如果在二氧化钛的表面或者体相中有俘获剂或表面缺陷态时，能够有效阻止光生电子和空穴的重新复合，使电子和空穴有效转移，从而能在催化剂表面发生一系列的氧化-还原反应，将吸收的光能转换为化学能。如图1-2所示［6,7］。以下是一些具体的化学反应式： TiO2 + h —h vb + e cb (1 -1) h vb++ e cb —heat (1 -2) h vb++ H 2O —?OH + H+(1 -3) + h vb + OH-—? OH (1 -4) e cb + O 2 —Q-?(1 -5) O-?+ O 2 + 2H f F2Q + O 2 (1 -6) O-?+ H +—HO' (1 -7) HO + H ++ e cb f H2O (1 -8) HQ + h — 2 ? OH (1 -9) H2O + e cb —? OH+ OH-(1 —10) 上面的反应式子中，羟基自由基（? 0H）和超氧离子自由基（? Q）都有很强的氧化性，无论它们在气相还是在液相中，都能将一些有机或无机物质氧化，因此，一般认为，? 0H和?Q-是光催化氧化中主要的也是最重要的活性基团，可以氧化包括自然界中生物难以转化的各种有机物污染物并使之最后降解成CO、HO和无毒矿物。对反应的作用物几乎没有选择性，在光催化氧化反应过程中起着决定性作用。而且由于它们的氧化能力强，氧化反应一般不会停留在中间步骤，因而一般不会产生中间副产物。故这种深度氧化的过程在处理环境污染物中具有很大的应用前景，例如：水中的无机、有机污染物卤代烃、芳烃、染料、杀虫剂和除草剂等物质均可根据此原理进行降解除去。但是它们的最大缺点之一是对反应物没有选择性，一定程度上制约了其发展。