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| 提高环境净化材料TiO2光催化性能的研究现状 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2015-06-10 11:52:57 浏览次数： |
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（中国粉体技术网/文龙）从1972年，人们发现受辐照的TiO2上可以持续发生水的氧化还原反应，并产生氢以来，TiO2就因其稳定性好，成本低，易掺杂改性等优点，被认为是一种理想的光催化材料，也是一种极具应用潜力的环境净化材料，从而得到了广泛的研究与应用。
TiO2最为重要性能之一就是其光催化性能，而制备高活性TiO2光催化剂的突出问题主要有两个，一是如何减少光生电子、空穴的复合几率；二是如何更多更好地利用太阳能。因此，近年来的发展都是从这两个方面入手，对TiO2进行修饰的。目前，提高TiO2光催化性能的主要方法包括金属离子掺杂、贵金属掺杂、制备复合催化剂及半导体表面敏化等，下面就就要概述这些研究进展。
1. 金属离子掺杂
科学家对21种金属离子掺杂TiO2的光催化效率进行了系统研究，发现其中Fe(III)、Mo(v)、Ru(III)、Os(III)、Re(V)、V(IV)和Rh(III)以0.5%的水平掺杂（Mo(v)为0.1%），对TiO2光催化作用都有不同程度地提高。其中，提升最大的是Fe(III)掺杂的TiO2对CCl4和CHCl3的降解率。同时，用激光、闪光光解测定发现，Fe(III)、V(IV)、Mo(v)和Ru(III)掺杂后的TiO2样品中，光生电子的寿命升到了50ms，而在未经掺杂的样品中其寿命小于50μs。也有人做了Fe(III)对TiO2进行掺杂的研究，发现这种掺杂可以增大量子效率和抑制电子空穴的复合，对光降解N2和甲基蓝都有很好的效果，但对酚类降解效果则不明显。
2. 贵金属掺杂
在TiO2贵金属掺杂的研究中，多数属于VIII金属，如：Ag、Au、Pt、Pd、Nb等。贵金属掺杂可提高TiO2光催化效率的原因可能是，分散在TiO2表面的金属对光生电子有较强的吸引力，有利于光生电子向TiO2表面迁移，从而阻止了电子和空穴的复合。有科学家用载Ag、TiO2光催化剂降解2，4-二氯苯酚水溶液，其降解效率为纯TiO2的1.9倍。同时，用以Pt掺杂的TiO2降解气相TCE、甲苯，取得了很好的结果。在适宜条件下，可达到污染物的完全矿化。但也有一些研究者认为，就Ag、Pt掺杂而言，对不同晶型的TiO2会产生不同的效果，在他们所做得实验中得到以下有关降解效率的结论：
（1）金红石型<0.5%Ag/金红石型<0.5%Pt/0.5%Ag/金红石型<0.5%Pt/金红石型。
（2）锐钛矿型>0.5%Pt/锐钛矿型>0.5%Ag/锐矿型>0.5%Pt/0.5%Ag/锐钛矿型。
3. 复合催化剂
复合催化剂一般分为2种，一种是与绝缘体复合，主要起到载体的作用，可以增大催化剂表面积和得到合适的孔结构，并具有一定的机械强度，便于加工及应用。但不同的载体效果也有所不同，科学家曾研究了TiO2沉积在A12O3、玻璃、硅和ITO上对苯酚的光催化降解情况，其降解速率规律是A12O3<玻璃<硅<ITO。另一种是将2种不同禁带宽度的半导体复合，其互补性质能增强电荷分离，抑制电子-空穴的复合和扩展光致激发波长范围，从而显示了比单一半导体更好的稳定性和催化活性。
研究人员对TiO2/ZnO、TiO2/WO3、TiO2/Fe2O3在酸性条件下共煅烧所得的催化剂，以汞灯为光源，对十二烷基磺酸钠的光催化降解进行了研究，所得的催化降解顺序为TiO2<TiO2/ZnO<TiO2/WO3< TiO2/Fe2O3。也有学者对CdS/TiO2体系进行了研究，表明复合半导体比单一半导体具有更高的催化活性。在对TiO2/SnO2的研究当中，发现当SnO2的掺入量为20%时，甲基橙的脱色率及矿化率都达到了最大值。
4. 稀土掺杂及半导体表面敏化
科学家经过研究，指出稀土元素的掺杂会显著提高TiO2催化剂光降解久效磷的能力，特别是CeO2的掺杂，2h内磷酸根得率达91%，是单独使用TiO2的3.3倍。并给出了稀土元素掺杂TiO2体系的光催化能力顺序：CeO2/TiO2>La2O3/ TiO2>Sm2O3/TiO2，Dy2O3/ TiO2>Eu2O3/ TiO2>Nd2O3/ TiO2>Pr6O11/ TiO2>Y2O3/TiO2。
将光活性化合物化学吸附或物理吸附于光催化剂表面，从而扩大激发波长范围，增加光催化反应的效率，这一过程称为催化剂表面敏化作用。其原理是，在半导体体系中加入光敏剂，光敏剂受光激发后，能将电子转移到半导体的导带，并可进一步传递给其他物质，使其发生氧化还原反应，从而扩展了半导体材料吸收光的波长范围。应用这一原理也大大提升了TiO2的光催化能力。
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