国内外纳米TiO2光催化剂的改性研究现状

理论前沿２０１５年第３期　国内外纳米ＴｉＯ２光催化剂的改性研究现状　陈培思　（周口师范学院，河南周１：３　４６６０００）　【摘要●较低的光量子效率限制了Ｔｉ０２光催化技术的实用化，提高ＴｉＯ２光量子效率的重要手段是对其改性。本文综述了贵金属　沉积、元素掺杂、复合半导体、表面光敏化、表面酸化等Ｔｉ０２光催化剂改性方法及原理。并展望了Ｔｉ０２光催化剂改性研究的未来，保持　ＴｉＯ２．￣复杂环境下的稳定性，兼顾生产成本，并提高其回收利用率。　【关键词】Ｔｉ０２；光催化剂；改性　一、纳米＂１－ｉＯ２光催化剂的改性　剂，并在水溶液中加入亚甲基蓝作为降解物，来评价其光催化性　能。研究表明，在可见光下，水溶液中的亚甲基蓝被ＷＯｘ—　１．贵金属沉积　纳米ＴｉＯ２￣面贵金属沉积能够有效捕获光生电子，将高活　Ｔｉ０２｝ｉ￣功降解。在本实验的条件下，ＷＯｘ的含量为３％是最佳，此　性的惰性金属负载在ＴｉＯ２表面后，由于贵金属的费米能级小于　时降解速率最高。实验证明，由于ＴｉＯ２中掺杂了ＷＯｘ，从而抑制　ＴｉＯ２费米能级，二者接触后，载流子将重新分布，电子从Ｔｉ０２　了光生电子和空穴的复合，提高了光量子产率和催化效率。　扩散向贵金属，Ｔｉ０２表面的电子密度减小，抑制了电子和空穴复　复合半导体通过改变粒子的尺寸来调节半导体的带隙和光　合，能够有效提高催化活性。常用的贵金属有Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、　谱吸收范围，提高可见光的利用率，目前仍是材料学者的研究热　Ｒｕ等，其中Ｐｔ最为常用。　点之一。　张金龙用溶胶一凝胶法制备了Ｐｄ、Ｐ￡沉积于Ｖ５＋注入ＴｉＯ２上　４、表面光敏化　的新型光催化剂，研究方向，其在可见光下对丙炔的光催化活性　表面光敏化改性也存在着不足。一方面，光敏化剂需吸附在　要比未沉积时高几十倍。　Ｔｉ０２表面，而在降解过程中，有些污染物也会吸附在ＴｉＯ２表　贵金属沉积在ＴｉＯ２表面可以提高ＴｉＯ２的光催化性能，但沉　面，此时就会产生吸附竞争。另一方面，由于大部分光敏化材料　积量过大会使金属成为光生电子一空穴的复合中心，会提高电子　是吸光物质。具有吸光性的光敏化材料影响了ＴｉＯ２光催化效率　一空穴的复合几率，有碍光催化反应的进行，所以贵金属的沉　的提高，且易于受外界离子的影响，因此不够稳定。此外，有些光　积量应控制在一个合适范围。此外，该方法对催化剂进行改性的　敏染料使用成本较高，如钌基染料。因此，寻找合适的光敏化材　成本相对较高。因此，沉积金属的选择以及探索沉积量的研究，　料，更好地改善敏化条件，采用包埋、吸附等提高太阳光的使用　也是未来贵重金属沉积研究的方向。　效率，会是今后表面光敏化的研究重点。　２．元素掺杂　５、表面酸化　（１）金属离子的掺杂　增强催化剂表面酸性能够有效提高ＴｉＯ２光催化效率。用　在ＴｉＯ２中掺杂金属离子，一方面，可以影响电子和空穴对的　ＨＣ１、Ｈｃ１ｏ４、Ｈ２ｓ０４等强酸修０￣＇ＴｉＯ２，氧化活性高，深度氧化能力　复合几率，改善光催化效果，另一方面，能够使ＴｉＯ２的吸收波长　强，抗湿性能好，活性稳定。　范围扩大到可见光区，增加对太阳能的转化和利用。　Ｋｏ￣ｏｖ等研究发现，乙醇在Ｔｉ０２上进行气相光催化降解实验　（２）非金属元素的掺杂　时，经过Ｈ２Ｓ０４酸化处理的催化剂，其降解率随酸度的增加而增　张理元等［２】制备了Ｎ掺杂ＴｉＯ２纳米管，其研究表明，光催化　加。　降解ｌ５０ｍｉｎ后，掺Ｎ的ＴｉＯ２纳米管使光催化效率提高了１１．１％。　表面酸化会影响Ｔｉ０２表面电子结构。减少表面Ｔｉ３＋、吸附　Ｎ的掺杂降低了ＴｉＯ２的禁带宽度，同时降低了电子和空穴的复合　０２一和０一等表面浓度。表面酸度的增强使ＴｉＯ２表面氧缺陷位增　几率，有利于光催化活性的提高。　加，有效地降低了电子一穴的复合，从而提高光催化活性。　与其他掺杂方法相比，非金属掺杂改＇Ｉ￣Ｌ：Ｔｉ０２的氧化性能降　二、展望　低，有大量中间产物生成，造成氧化降解不够彻底，因此，非金属　这几年在光催化剂ＴｉＯ２改性方面的研究取得了很大进展，　元素的掺杂改性还需要更深入的研究。　但在提高光催化活性、提高回收利用率、降低生产成本等方面仍　（３）共掺杂　有待研究。随着研究的不断深入，将获得获得用途广泛、性能优　单元素掺杂容易引起电荷的不平衡，降低其光催化性能。而　越、经济实惠的催化剂，为环境污染的控制与治理等开辟一条新　共掺杂不仅实￣ＴｉＯ２光催化剂的可见光激发，拓展光响应范围，　道路。　还提高了其光催化活性。　王剑波等［３】用溶胶壤胶法制备了Ｆｅ３＋－ｃｅ３＋共掺杂的Ｔｉ０２　参考文献：　光催化剂，通过对水溶液中罗丹明的降解来研究其光催化活性。　［１】赵德明，史惠祥，颜晓莉，等．掺杂过渡金属离子的纳米二氧化　实验表明，共掺杂催化剂的光催化活性得到提高。　钛光催化氧化对氯苯酚的研究［Ｊ］．化工环保，２００３，２３．　３．复合半导体　［２】张理元，刘钟馨，于晓龙，等．Ｎ掺杂二氧化钛纳米管的制备及　半导体复合是提高光催化效率的有效手段之一。用浸渍法　光催化性能研究叨．钛工业进展，２０１０，２７（４）．　和混合溶胶法等可以制备二元和多元复合半导体。半导体复合　［３】王剑波，张景来，卢寿慈．金属共掺杂对Ｔｉ０２先催化性能的影响　本质上是一种颗粒对另一种颗粒的修饰。通过半导体的复合能　［Ｊ］．安徽理工大学学报，２００４，２４．　够提高系统的电荷分离效果，扩展ＴｉＯ２光谱相应的影响范围。　其复合方式包括组合、掺杂、多层结构、异相组合等。　作者简介：陈培思（１９９２一），男，河南洛阳人，周口师范学院，　Ｘ．ｚ．Ｌｉ等利用溶胶一凝胶法制备了新型的ＷＯｘ－ＴｉＯ２光催化　研究方向：化学。　３６２