光催化剂的改性研究(十二)

2 改性的主要方法
2.1离子掺杂
2.2贵金属沉积
2.3半导体复合
2.1.1 金属离子掺杂

掺杂金属离子，能引起晶格的畸变，形成缺陷位并对光 催化材料的相转变温度、晶粒大小等产生影响。金属离子作 为电子的有效接受体，可捕获导带中的电子。但金属离子既 可能成为电子或空穴的陷阱而延长其寿命，也可能成为复合 中心反而加快复合过程，所以掺杂剂浓度对反应活性也有很 大的影响，存在一个最佳点。已有文献报道的金属离子掺杂 研究主要涉及的是过渡金属离子掺杂以及稀土金属离子掺杂。
TiO2光催化剂的改性研究
纲要
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引言 改性的一般方法 结语 问题 致谢
1 引言
TiO2光催化在其解决日益严重的水和空气污染问题的研 究领域发挥的作用日益增长，因此成为国内外Baidu Nhomakorabea化剂领域研 究的热门课题。但由于TiO2的禁带宽度为3.2eV，对应的激 发波长在387nm，属于紫外光区，而太阳光谱中此波长范围 不到5％。从利用太阳能角度出发，最经济实用的光催化剂 应具有可见光催化活性。如何拓展TiO2的光响应范围也因此 成为光催化最具挑战性的课题之一。拓展TiO2的光响应范围， 是通过金属离子掺杂、贵金属沉积、与其它半导体复合等手 段实现的。
3 结语
某些金属阳离子有较好的可见光响应特性，但掺杂会降
低其紫外光活性。而某些非金属的掺杂不影响其在紫外光下 的活性，但它的掺杂对Ti02的改性并不明显。因此在原有单 一离子掺杂改性的基础上，人们开始关注使用阴离子掺杂、 阴离子与金属阳离子复合掺杂、过渡金属与稀土元素复合掺 杂等方法来改性Ti02 。在选择改性离子时，可以同时选择两 种离子且各自的掺杂能级处于Ti02的价带和导带附近，利用 他们对Ti02作用机理的不同而达到一种协同效应进而降低 Ti02的激发条件，提高其光催化活性。
2.1.2 非金属离子掺杂

大量研究表明，金属离子、金属氧化物掺杂有较 好的可见光响应特性，但经常以损失TiO2光催化剂 在紫外光区的光催化活性为代价，且金属离子有最 佳掺杂量，其掺杂会降低紫外光活性。与其他掺杂 方法相比，非金属离子掺杂的条件比较苛刻，但它 能将TiO2的光响应波长拓展至可见光区域外，还能 保持在紫外光区的光催化活性，在利用可见光光催 化方面表现出崭新的应用前景。
2.3 半导体复合
复合半导体材料是指两种或两种以上的半导体材料相复合，这 也是提高TiO2光催化活性的一条有效途径。通过半导体的复合可 提高系统的电荷分离效果，扩展光谱响应的范围。其修饰方法包 括简单的组合、掺杂、多层结构等。Vinodgopoal等比较了SnO2、 TiO2和SnO2/TiO2复合半导体薄膜光催化降解染料苯酚蓝黑(NBB) 的催化活性，发现复合半导体薄膜的光催化活性明显高于其他两 种半导体薄膜，主要原因是由于SnO2的导带能级低于TiO2的导 带能级，当用足够激发能的光照射时，TiO2半导体的光生电子迁 移至SnO2的导带，而光生空穴则聚集在TiO2表面，从而有效地 延长了光生载流子的寿命，提高了光催化效率。
4 问题
1.为什么要提高TiO2的光响应范围？
提高TiO2的光响应范围有哪些方法？ 2.为什么复合半导体薄膜的光催化 活性明显高于SnO2、TiO2两种半导 体薄膜？
答：由于TiO2的禁带宽度为3.2eV，对应的 激发波长在387nm，属于紫外光区，而太 阳光谱中此波长范围不到5％。从利用太阳 能角度出发，最经济实用的光催化剂应具 有可见光催化活性。拓展TiO2的光响应范 围，是通过离子掺杂、贵金属沉积、与其 它半导体复合等手段实现的。
2.1.3 共掺杂
大量文献报道某些金属阳离子有较好的 可见光响应特性，但是掺杂会降低其紫外光 活性。而尽管某些非金属的掺杂不影响其在 紫外光下的活性，但它的掺杂对TiO2的改性 并不明显。已有文献报道适量离子共掺杂 TiO2产生协同催化效应。
2.2 贵金属沉积
目前常采用Ru、Pd、Pt、Au等贵金属沉积于TiO2表面。 张金龙利用溶胶一凝胶法制备了Pd、Pt沉积于V5+注入的 TiO2上的新型光催化剂，其在可见光下对丙炔的光催化活性 要比未沉积时高几十倍。相对于其他方法而言，贵金属沉积 法对TiO2改性效果比较明显，在其表面沉积金属能明显提高 一些有机物的降解速率，但选用贵金属沉积法对催化剂进行 改性的成本相对较高，而且贵金属沉积改性的TiO2对有机物 光催化降解具有选择性。
答：主要原因是由于SnO2的导带能 级低于TiO2的导带能级，当用足够 激发能的光照射时，TiO2半导体的 光生电子迁移至SnO2的导带，而光 生空穴则聚集在TiO2表面，从而有 效地延长了光生载流子的寿命，提 高了光催化效率。