TiO-%2c2-光催化剂的掺杂改性作用机理的研究.pdfVIP

2554 功 能 材 料 2004 年增刊 （35 ）卷 TiO2 光催化剂的掺杂改性作用机理研究* ∗ 郑广涛，上官文峰 （上海交通大学机械与动力学院燃烧与环境技术研究中心，上海 200030 ） 摘 要：综述了掺杂改性对 TiO2 光催化性能影响的 要集中在过渡金属和稀土元素上，其中过渡金属中的 作用机理。针对光催化研究目前的现状和存在的问 Zn[8] 、Sn[9] 、Pb[10] 、Pt[11] 、Co[12] 、V[13,14] 、Nb[15] 、 题，就 TiO2 的掺杂改性研究进展进行总结。纵观近 Mo[12] 、Ru[16] 、Si[17] 、Fe[18,19] 、Ag[1,20~22] 、W[23,24] 、 几年发表的掺杂改性的研究论文，这种掺杂改性提高 Cr[12,19,25,26]等离子以及稀土元素中的 Nd[27] 、Ce[28] 、 纳米TiO2 光催化活性的实质为提高 TiO2 光致电子与 La[4,28~30] 等离子分别被不同的研究者使用不同的方 空穴的分离效率以及扩展 TiO2 的可利用波长范围， 法进行了研究。近两年利用N 和C[3 1,32]等非金属元素 具体表现为：表面电子状态的改变，自由电子或空穴 进行掺杂又成为光催化研究中的热点。 捕获体的形成，晶体氧缺陷的增加，高活性电子或空 掺杂作用的研究吸引了众多的研究者的兴趣，但 穴的产生，晶型转变的抑制以及吸收波长范围的扩展 所得到的结论和机理解释往往不一致。总结和分析现 等。 有在离子掺杂提高TiO2 光催化作用机理方面的成果， 关键词：TiO2 ；光催化；掺杂；改性 对于今后更深入地研究光催化掺杂机理，有效改善光 中图分类号：X 13 文献标识码：A 催化活性具有积极指导意义。与以往的关于掺杂改性 文章编号：1001-9731 （2004 ）增刊 的综述将离子掺杂改性作用按掺杂离子种类或影响 TiO2 光催化活性的因素来分类总结不同，本文从掺杂 1 引 言 离子对TiO2 的不同作用机制来加以综述和评论。 半导体光催化剂在降解有机污染物进行环境治 2 掺杂离子改变了TiO 表面电子状态， 2 理方面具有能耗低、反应条件温和、操作简单、可减 少二次污染等诸多优点，其中 TiO2 作为一种高效、 使得其导带、价带发生位移或形成新 [1] 无毒、价廉、性质稳定的光催化剂最受研究者青睐 。 的能级，降低TiO2 带隙能 大量研究表明甲醛、乙醛、苯系物、多环芳烃、氰化 物、酚类、表面活性剂、染料、石油等有机物都可以 图1 为TiO2 光催化降解作用机理及光致电子-空 通过 TiO2 光催化进行降解。因而，人们对光催化技 穴的迁移示意图[11] ，当以光子能量大于或等于 TiO2 术的应用寄予了极大的厚望[2,3] ，但目前并未实现将 禁带宽度 （3.2 eV ）的光辐射TiO2 时，其价带上的电