鑭系元素?fù)诫s納米tio2在光催化的應(yīng)用

1、鑭系元素?fù)诫s納米 TiO2 在光催化的應(yīng)用摘 要 總結(jié)了近年來鑭系元素?fù)诫s納米TiO2光催化的研究現(xiàn)狀，對(duì)其摻雜機(jī)理、制備方法(溶膠一凝膠法、沉淀法、浸漬法、水熱法等)和影響TiO2光催化效率與光譜響應(yīng)范圍的因素，如摻雜金屬離子的種類、濃度、焙燒溫度等。關(guān)鍵字 關(guān)鍵字 納米二氧化鈦；金屬離子摻雜；光催化TiO2是一種性能良好的光催化半導(dǎo)體材料，在一定能量的光照條件下，可將環(huán)境中許多有毒有機(jī)污染物氧化分解為CO 、H2O或

2、簡單的無機(jī)物，由于納米TiO2由于具有活性高、穩(wěn)定性好、比表面積大、、光吸收性能力強(qiáng)、表面活性大、熱導(dǎo)性以及分散性能好等優(yōu)良特性對(duì)人體無毒、成本低且在太陽能儲(chǔ)存與利用、光化學(xué)轉(zhuǎn)換、廢水處理(有機(jī)污染物以及無機(jī)離子的降解)、空氣凈化以及殺菌、貴金屬回收和防霧和自沽表面等方面的廣泛應(yīng)用而成為最具潛力的光催化劑。 但TiO2的電子和空穴容易發(fā)生復(fù)合，光催化效率低；帶隙較寬(約3.2eV)只能在紫外區(qū)顯示光化學(xué)活性，對(duì)太陽能的利用率小于1

3、0％。因此，為了提高光催化劑的光譜響應(yīng)范圍和催化效率，人們采用了多種方法和手段以改善TiO2的這一性質(zhì)缺陷。常用的有：表面光敏化、半導(dǎo)體復(fù)合、貴金屬沉積和金屬離子摻雜等。金屬離子摻雜就是將一定量的雜質(zhì)金屬引入到TiO2的晶格中，從而引入缺陷位置或改變結(jié)晶度，影響電子與空穴的復(fù)合，提高光催化活性。某些金屬離子的摻入還可以擴(kuò)展光吸收波長的范圍，故可更有效地利用太陽能。本人就鑭系中金屬元素?fù)诫sTiO2的制備及其在光催化領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀進(jìn)行簡單總

4、結(jié)。1.摻雜TiO2反應(yīng)機(jī)理[1]TiO2光催化的基本原理是：當(dāng)用能量等于或大于其帶隙能的光照射催化劑時(shí)，價(jià)帶上的電子被激發(fā)，越過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴，即生成電子一空穴對(duì)。電子和空穴分離后分別遷移至催化劑表面，能與吸附在表面上的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。光生空穴具有很強(qiáng)的氧化能力，可使絕大多數(shù)有機(jī)物氧化，電子受體可以通過接受表面的電子而被還原。金屬離子摻雜通過捕獲電子或空穴以及抑制電子-空穴對(duì)的復(fù)合速率影響TiO2的光催

5、化活性。摻雜離子與TiO2中光生電子和空穴的反應(yīng)方程為：Mn++ecb-—M(n-l)+ 電子捕獲Mn+ +hvb +— M (n+l)+空穴捕獲當(dāng)Mn+ /M(n-l)+ 的能級(jí)低于TiO2的導(dǎo)帶能級(jí)Mn+ /M(n-l)+的能級(jí)高于TiO2的價(jià)帶能級(jí)，反應(yīng)才能發(fā)生。由于雜質(zhì)能級(jí)位于TiO2的禁帶之中，導(dǎo)帶上的電子和價(jià)帶上的空穴可被雜質(zhì)能級(jí)捕獲，使電子和空穴分離，從而降低了電子一空穴對(duì)的復(fù)合幾率，延長了載流子的壽命。因此，既可捕

6、獲電子又可捕獲空穴的摻雜離子將顯示較高的光催化活性；同時(shí)，TiO2帶隙中這種能級(jí)的引入，使能量較小的光子能激發(fā)摻雜能級(jí)上捕獲的電子和空穴，使TiO2的吸收帶邊紅移，拓展了光譜響應(yīng)范圍。2.摻雜TiO2制備方法在合成摻雜鑭系元素的納米二氧化鈦有關(guān)文獻(xiàn)中都是運(yùn)用溶膠凝膠技術(shù)進(jìn)行合成。這種方法是在用溶膠一凝膠法制備TiO2納米粒子的過程中，加入金屬離子的鹽溶液，之后將形成的凝膠進(jìn)行干燥燒結(jié)。這種方法避免了以無機(jī)鹽為原料的陰離子污染問題，不需要

7、洗滌過濾，不產(chǎn)生大量廢液，并且這種方法制備出的粒子尺寸小，金屬粒子在TiO2中的分布均制了e -／h-復(fù)合；摻雜可以造成晶格缺陷，有利于形成更多的Ti3+ 氧化中心。除此之外，實(shí)驗(yàn)條件對(duì)光催化性能的影響有很大影響，如催化劑用量，燒結(jié)溫度，摻雜量等對(duì)催化劑催化活性的影響。例如釤離子摻雜有利于TiO2光催化劑的活性提高，其中1.5%為最佳摻雜比例。當(dāng)摻雜量太高，電子和空穴的復(fù)合率增大，因而光催化活性下降。參考文獻(xiàn)[1]牛新書,李紅花,蔣凱.

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