过渡金属离子掺杂改性TiO2的光催化性能研究进展.pdf

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1、第22卷第2期催化学报2001年3月VOI.22NO.2ChineseJOurnaIOfCataIysisMarch2001文章编号：0253-983（72001）02-0215-04过渡金属离子掺杂改性TiO的光催化性能研究进展2刘畅，暴宁钟，杨祝红，陆小华（南京化工大学化工学院，南京210009）摘要：对近年来利用过渡金属离子掺杂改性TiO2的光催化性能研究进行了综述.分析了掺杂金属离子的种类、掺杂浓度和掺杂制备方式等对TiO2光催化性能的影响，并提出了今后的研究方向.关键词：二氧化钛，光催化，过渡金属，掺杂，改性中图分类号：O643文献标识码：A近年来

2、，TiO2的光催化性能日益受到人们的重附物发生反应之前，容易进行直接或间接的复合，使视.由于TiO2具有良好的化学稳定性、抗磨损性、光量子效率降低。因此，电子与空穴的复合时间越低成本以及可直接利用太阳光等优点，因而在光电长，界面电荷传输速率常数越大，则催化剂的光活性转换、光化学合成以及光催化氧化环境污染物等方越高.面具有广阔的应用前景［1~3］.但是，由于TiO光催由于过渡金属元素存在多化合价，在TiO2中掺2化剂带隙较宽（3.2eV），只能被波长较短的紫外线杂少量过渡金属离子，可使其成为光生电子-空穴对激发，故使得太阳能的利用率很低；而且，由于光激的浅势捕

3、获阱，延长电子与空穴的复合时间，从而提发产生的电子与空穴的复合，导致光量子效率很低.高TiO2的光催化活性.而且，由于多种过渡金属离为克服这两个缺点，人们使用多种手段对TiO2进行子具有比TiO2更宽的光吸收范围，故可更有效地利改性，其中包括贵金属修饰、半导体复合、染料敏化用太阳能.和过渡金属离子掺杂等［4，5］.过渡金属离子掺杂可在TiO2晶格中引入缺陷2影响掺杂效果的因素位置或改变结晶度，从而影响电子与空穴的复合；2.1掺杂离子的种类为提高TiO2的光量子效某些金属离子的掺入还可以扩展光吸收波长的范率，人们尝试用各种过渡金属离子进行掺杂.王艳芹等［6，7

4、］研究了掺杂过渡金属离子对TiO光催化围.本文对近年来过渡金属离子掺杂改性TiO2的2性能和光电性能的影响；岳林海［8］和于向阳等［9］研光催化性能研究进行综述.究了稀土元素掺杂对TiO2光催化活性的影响；张峰等［10］报道了TiO中掺杂V离子扩展了对光的1TiO2光催化及掺杂机理2是n型半导体，由于其极性较强，故易吸响应范围；文献［11~19］对Fe3+掺杂TiO进行了TiO22收水分在表面形成!T（i!）OH.当受到能量大详细的研究；Sakata等［20］研究了TiO中掺杂Cu2+2于禁带宽度的光子照射时，将生产强还原性的导带后对可见光的响应；Iwasa

5、ki等［21］研究了掺杂CO2+电子和强氧化性的价带空穴，价带空穴可直接将吸的TiO2对可见光的活性。有些金属离子的掺杂提附的有机物氧化，或者被!T（i!）OH捕获生成高了TiO2的光活性，有些金属离子的掺杂则影响很［!T（i!）OH·］+，进而将吸附在TiO表面的有小，有的甚至降低了TiO的光活性。总的看来，掺22机物氧化.导带电子则可被!T（i!）OH捕获，生杂不同的过渡金属离子，影响掺杂效果的因素可能成浅势阱的!T（i"）OH；或者被!T（i!）捕有以下几个方面：获生成深势阱的!T（i"）OH；将吸附的金属离（1）掺杂离子电位掺杂的目的是在TiO2中子

6、还原，或者与吸附的氧经过一系列反应最终生成引入捕获阱，使光生电子和空穴得到有效分离.因羟基自由基.另外，光激发产生的电子及空穴与吸此，掺杂离子的能级位置对掺杂效果具有重要的影收稿日期：2000-10-09.第一作者：刘畅，男，1976年生，博士研究生.联系人：陆小华.TeI：（025）3316755-3025；Fax：（025）3211316；E-maiI：xhIu@nuct.edu.cn.基金项目：国家杰出青年科学基金（29925616）和江苏省科委应用基础研究基金（BJ98060）资助项目.2l6催化学报第22卷响.Mizushima等［22］从光电流实

7、验数据出发，通过增加，罗丹明B在催化剂上的吸附性能变化不大；半经验计算，得出过渡金属离子在金红石型Tio中随着MO5+掺杂浓度的增加，罗丹明B在催化剂上2的能级；这些结果由MO等［23］的理论计算结果得到的吸附显著增强，因而使光生载流子容易与吸附物验证.Fe3+/Fe2+能级靠近Tio导带，而Fe4+/进行反应，增强光催化效果.2Fe3+能级靠近Tio价带，因而Fe3+既可成为电子!"!掺杂离子的浓度过渡金属离子掺杂的浓度2一般存在一个最佳值.如ChOi等［25］的实验结果表的浅势捕获阱，也可成为空穴的浅势捕获阱；捕获明，Fe3+的最佳掺杂浓度为!（Fe3+

8、）=0.5%.掺杂的载流子容易释放出来，因而减少了电