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| 鐵族元素摻雜改性二氧化鈦光催化劑特性 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2013-12-05 09:54:50 瀏覽次數： |
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?。ㄖ袊垠w技術(shù)網(wǎng)/劉莉）近年，高效無(wú)毒的光催化劑——二氧化鈦(TiO2)納米材料用于有機物環(huán)境污染降解方面的研究受到了廣泛關(guān)注。但是TiO2光催化劑帶隙能較寬，只能吸收波長(cháng)小于或等于387.5nm的光，即只能被波長(cháng)較短的紫外線(xiàn)激發(fā)。而照射到地面的太陽(yáng)光中只有4%-6%的紫外光線(xiàn)，因此對可見(jiàn)光及光激發(fā)電荷的利用率較低，限制了其實(shí)際應用范圍。
TiO2屬于n型半導體材料，禁帶寬度為3.2ev，當它受到波長(cháng)小于或等于387.5nm的光（紫外光）照射時(shí)，價(jià)帶的電子就會(huì )獲得光子的能量而越前至導帶，形成光生電子（e-）；而價(jià)帶中則相應的形成光生空穴（h+），如下圖所示。在電場(chǎng)的作用下，光電效應產(chǎn)生的光生電子和空穴就分別遷移到TiO2表面不同位置。光生電子（e-）易被水中溶解氧等氧化物所捕獲，而空穴（h+）則可氧化吸附于TiO2表面的有機物或先把吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成自由基（·OH）。自由基的氧化能力是水體中存在的氧化劑中最強的，能氧化水中絕大部分的有機物及無(wú)機污染物，將其礦化為無(wú)機小分子、CO2和H2O等無(wú)害物質(zhì)。但是光生電子和空穴都不穩定，極易復合。因此抑制光生載流子的復合，提高界面電子轉移速率是改善光催化性能的有效方法。
TiO2光電效應示意圖
中科院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所于洪文研究員等科研人員通過(guò)一種簡(jiǎn)易的水熱法合成制備鐵族（鐵，鈷，鎳）單一元素摻雜的同時(shí)暴露（001）高能晶面的TiO2納米片，并利用紫外光和可見(jiàn)光照射降解偶氮染料—亞甲基藍，評價(jià)不同摻雜的TiO2的光催化性能。研究發(fā)現，改變摻雜元素的類(lèi)型和含量，會(huì )使TiO2納米片的尺寸和（001）晶面的面積發(fā)生變化，造成了TiO2的光催化活性的顯著(zhù)差異。
該研究第一次揭示了鐵族元素摻雜的TiO2光催化劑特性：
1.光催化活性：鐵摻雜<鈷摻雜<鎳摻雜；
2.最優(yōu)化的摻雜元素與鈦的含量比為0.75%。
同時(shí)，通過(guò)測定電化學(xué)阻抗、光電流及熒光光譜等分析手段，詳細闡明了電荷的分離和遷移速率主要受摻雜離子的類(lèi)型與含量影響，而這些電荷行為也最終決定TiO2的光催化活性的重要機理。
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