纳米tio掺杂改性的研究

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1、纳米TiO2掺杂改性的研究纳米TiO2掺杂的研究摘要：TiO2作为一种高效的光催化剂，已被广泛应用于许多领域。但由于纯纳米TiO2带隙较宽，可见光利用率低，严重制约了TiO2的发展。为此，人们贵金属沉积、掺杂、光敏化、表面还原处理等对TiO2改性，这里我主要对纳米TiO2的掺杂原理，类型做进一步讲解。关键词：光催化剂，掺杂Abstract:TiO2asakindofhighefficientphotocatalyst,hasbeenwidelyappliedinmanyfields.Butasaresultof

2、purenanometerTiO2withwiderbandgap,thevisiblelightutilizationrateislow,seriouslyrestrictthedevelopmentofTiO2.Therefore,noblemetaldeposition,doping,photoactivation,surfacereductionprocessingontheTiO2modification,hereImainlyofnanometerTiO2dopedprinciple,typefor

3、furtherexplanation.Keywords:photocatalyst,doping纳米TiO2为细小白色疏松粉末，直径在100纳米以下，具有抗线、抗菌、自洁净、抗老化性能，已广泛应用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域[1-2]。纳米二氧化钛主要有两种结晶形态：锐钛型和金红石型。纳米二氧化钛比表面积大、吸光范围宽、电子一孔穴的复合率低、氧化还原电势较高、具有高的量子产率和光催化活性，是高效的半导体光催化剂。但是，纯纳米TiO2带隙较宽，其锐钛矿型为3.2eV，金红石型为3.0

4、eV，只能吸收波长小于400nm的紫外光(大约只占太阳光的4％),大量能量较低的可见光(大约占太阳光的43％)不能被利用；此外在电荷传递过程中，一部分光生电子与空穴会重新复合，导致其效率降低，严重制约了Ti02光催化效应的实际应用[3-4]。为制备对可见光利用率高、分散性好、比表面积大、尺寸分布均匀的锐钛矿型纳米粒子,人们采用了不同方法对纳米Ti02的改性进行了研究。例如，贵金属沉积[5-6]、掺杂、光敏化[7]、表面还原处理等，但与现代生产工艺相容的、最为突出的方法是掺杂改性。1掺杂原理在Ti02催化剂表面掺

5、杂过渡金属离子可在Ti02晶格中引入缺陷或改变结晶度，改变粒子结构与表面性质,从而达到扩大光响应范围,促进Ti02微粒光生电子一空穴的有效分离，提高催化剂光催化活性的目的，有效的金属离子掺杂应满足以下条件:(1)掺杂物应能同时捕获电子和空穴,使它们能够局部分离；(2)被捕获的电子和空穴应能被释放并迁移到反应界面。2掺杂掺杂是将掺杂剂通过反应转入纳米Ti02晶格结构之中，常用的掺杂剂有阳离子(过渡金属、贵金属、稀土元素、碱金属等）、阴离子（N、C、F、S等)和半导体化合物等，通过掺杂可以有效抑制e-/h+的复合几

6、率,提高光量子效率和Ti02表面的吸附能力,从而增强Ti02的光催化活性。2.1阳离子掺杂2.1.1过渡金属离子掺杂在Ti02晶格中掺杂少量过渡金属离子,可在其表面产生缺陷或改变其结晶度,成为光生电子一空穴对的浅势捕获阱,降低光生电子空穴复合几率，激光闪光光解实验表明,Fe+3掺杂的激发载流子寿命由原来的200us增至50ms,另外,某些金属离子的掺入还可以扩展Ti02光吸收波长的范围，已见报道的掺杂过渡金属离子主要包括Fe3+、Co2+、Cr3+、Ni3+、Mo5+、Cu2+、Pb2+、W6+等[8-11]。

7、Nevimsan等以甲苯为模型化合物,发现TiO2掺杂10-5mmol/L的Fe3+、Cu2+、Mn2+后,光催化效率明显提高,并认为过渡金属离子掺杂下TiO2光催化反应为匀相反应过程。AnitaRacheli[12]以降解氯仿和四氯化碳为模型,研究了21种金属离子对Ti02光催化活性的影响,结果表明Fe3+、Mo5+、Re5+、Ru3+、V4+、Rh3+等能提高材料光催化活性,以Fe+3效果最佳,同时,具有闭壳层电子构型的金属,如Li+1、A1+3、Mg+2、Zn2+、Ca2+、Nb3+、Sn+4等则对光催化

8、活性的影响较小，但掺杂浓度存在最佳值,小于最佳浓度时,半导体中没有足够俘获载流子的陷阱；当大于最佳浓度时,由于随掺杂物数量的增加,陷阱之间的平均距离降低,所以光催化活性都会下降，另外,只有一些特定的金属离子的掺杂有利于提高光量子效率,而其他金属离子的掺杂是有害的，如Ti02中掺杂Cr+3不利于光催化反应。2.1.2贵金属沉积贵金属的离子半径较大,无法进入Ti02晶格。在半导体中添加贵金