TiO2可见光降解染料的研究进展.docx

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1、Tia可见光降解染料的探讨进展摘要I二氧化钛作为种光催化材料，具有稳定性好、光效率高和不产生二次污染等特点，在净化污染和爱护环境方面，被认为是最有应用前景的光催化剂.通过对二银化钛进行金属掺杂和非金属掺杂改性可以提育二氧化钛的光催化性能，也可以利用染料敏化的途径实现可见光光催化反应。本文介绍了TiOz可见光在降解染料方面的探讨进屣，并对招来的发展进行了展望.关健词：二氧化钛；光催化；染料：掺杂；光敏化自1856年首例合成染料报道至今，已有超过100OO种商品化的染料问世，全球每年染料生产量超过7x105吨。含染料废水成分困琲，色度深、毒性强、较雄生化降解，始终是工业废水处理的雄点二1972年，

2、日本科学家卜UjiShima和HCnda首次发觉，在近紫外光的作用下，TiO2单晶电极能使水在常温常压下发生分解反应，标记者光催化反应探讨新时期的起先.但是,人们相识到半导体催化剂对有机污染物的矿化功能始于1976年CarCy等人的探讨工作。他们发觉，在TiOa光催化剂存在的条件下，PCBS等发生了有效的光催化降解;近年的探讨表明，几乎全部染料均可通过光催化过程得到降解，对于很多无法进行生物降解的，也可以通过光催化过程得到转化。此外，染料本身就能汲取可见光而起到光敏剂作用效果。因此,探讨光催化氧化技术处理染料废水具有重要得实际意义，TiCh无蠡、化学性质稳定、光催化活性高，但是它的禁带较宽32

3、eV),只有波长较短的太阳光(的晶格，不能产生缺陷来抑制光生电子空穴对的豆合，所以光催化效率也降低。Figucras等同通过用钛酸四丙Si为钛源的金属有机气相沉积的方法，制备出了有可见光响应的自掺杂的TiO2薄膜，它能在可见光的照耀卜有效地降解一般Ti0?所不能降解的亚甲基蓝和水杨酸，并JI它的光催化活性随着制备的膜的表面的粗糙度的增加而增加。但是该催化剂是存在大量的氧品格缺陷的不完整晶体，这样的缺陷可能会影响到光催化剂的稳定性。张华等“以AgNa-1.il-3H2和Ti(OBu)1为原料通过液相沉淀的方法制符/纳米Ag1.-TiO:或合光催化剂，该催化剂对结晶紫具有良好的降解效果.由于AgV

4、TKh复合光催化剂内部Agl,Ag,12和TiO2之间的协同效应使得在可见光区域有强汲取和低的光生电子空穴豆合率，从而具有高效的可见光光催化活性。三、非金属掺杂非金属掺杂一般是在Tio2中引入晶格轴空位，或部分班空位被非金属元素取代，使TQ的禁带变窄，从而拓宽光的响应范I抵早在1986年SatO等”就报道了TiCh在NH4OH存在的状况下水解制备得到了TiOi具有可见光活性，但他认为这是由于TKh禁带中存在的NoX杂质能级的缘由，该探讨没有引起广泛的关注。非金属掺杂TiO2的探讨真正始于2001年ASahi在Science发表的氨掺杂的报道。ASahi的工作提出了掺杂应当达到的设计目标，并通过

5、理论计算了F、N、C、S、P等非金域元素掺杂，替代氧的氮以及间隙氧等不同形式掺杂后引起的能带结构变更，从试验和理论角度全面地分析了非金属掺杂的可行性和优越性。由此，非金属元素掺杂改性Tieh快速成为探讨的焦点。Burda等上利用干脆氨化法制备了N元素掺杂的TiO?光催化剂，催化剂紫外图谱中的汲取边延长至了可见区，并Il可见光下对亚甲基蓝具有很好降解实力。Utnebayashi等采纳J氧化加热TiS:的方法制备S掺杂的TiO2,S的掺杂使TiO:的汲取边界向可见光区域移动，并在波长大于420nm光源下对亚甲基蓝降解，发觉在UV光下的活性与纯TiO2相同，在可见光下活性却提高很多。C元素的掺杂也能

6、使TiOi对光的汲取扩展至可见光区“Khan等”通过加热氧化TiC粉末的方法制备了C接杂的锐钦矿型TiOz粉末，汲取光谱表明，该催化剂的汲取边发生了明显的红移。目前普遍认为，非金属掺杂Tia的可见光响应机理是通过非金属掺杂（N、S、C、B）后变更了Tia相应的能级结构，即形成了新的掺杂能级，由于O的2p轨道和非金属中能级与其能量接近的P轨道杂化后，价带宽化上移，禁带宽度相应减小，非金属离子掺杂形成的掺杂能级在靠近TiO:价带的位置。掺杂能级可以接受TiO2价带上的激发电子，或者汲取光子使电子跃迁到TiOz的导带上,由于掺杂能级处于禁带之中，也能汲取长波光子，扩屣Tio2汲取光谱的范围，从而汲取

7、可见光，光生我流子而发生轼化还原反应。很多探讨表明，双非金属元素的共掺杂一般都表现为在可见光区有很好响应。VGombac等采纳溶胶凝胶法制备了B和N共掺杂的Tio2粉末，探讨表明，该共掺杂粉末的汲取光谱比纯税钛矿、金红石都蓝移了，并在可见光下对甲基橙有很好的降解作用。1.iU等，用水热法制备了S元素掺杂的TiOj然后在氨气氛中焙烧，得到S和N共掺杂的TiOi并以亚甲基蓝为目标降解物在可见光下检测/样品的光催化活性，结果表明，比单掺S或N的活性都提高很多.Ohno等”刷备了C和S共掺杂的TiO2,探讨发觉，C和S进入到TiO2晶格中,使得TiOa的汲取带边发生了较大的红移，在可见光下降解二甲基啼

8、咤和亚甲堪蓝，样品表现出了很高的光催化活性。已有探讨表明，金属和非金属共掺杂时，掺入的金属高子可以扩展Tio2的光响应范围，而掺入的非金属元素则抑制光生载流子的发合，二者的协同作用，可以制备出高催化性能的催化剂。李红等采纳溶胶一凝胶法制备了V、Si共掺Tioh并以甲基橙溶液为目标降解物,号察共掺杂Ti2的光催化活性。试验结果表明，V、Si共掺后样品的催化性能比单掺Si样品和和单V掺杂样品的催化性能都有所提高.他们认为：V离子掺入后替代rno?晶格中的部分Ti原子，形成r2.同时变更r半导体的能级，减小了其禁带宽度，增加对可见光的汲取，Si的入使Tieh增加了OH和Ch基团，充当了电子和空穴的捕

9、获阱，降低了电子与空穴的复合率，提高了TiO2的光催化性能.1.iu等采纳原位水热法制备了S、1.a两种元素共掺杂的二氧化钦光催化剂，该催化剂可见光卜.有比较强的汲取，在可见光卜降解亚甲基蓝实力也很强，降解率达98.4%。李越湖等采纳溶胶-凝胶-浸渍法制备了EUtSiA共掺杂TiO2光催化剂，并以甲基橙溶液为目标降解物，号察其在可见光下的光催化性能。试验结果表明，两种元素共同掺杂后，催化剂的降解实力比未掺杂TiOz的活性高/很多0与单掺杂Eu”、或单掺杂Si,。相比活性也有提高.他们认为由于二者之间的相互作用提而f样品的光催化活性。因为EU“的掺入能够促进Sy进入TiOz的晶格中，同时处在表面的Eu”充当了光生电子的捕获阱。四、光敏化染料敏化一般涉及3个基本过程：染料吸附到半导体表面：吸附态染料分子汲取光子被激发：激发态染料分子将电子注入到半导体的导带上.因此，耍制得有效的极化要满意2个条件：染料简单吸附在半导体的表面及染料激发态（通常是单线态的能级于半导体的导带能级相匹配。另外还要求染料的激发态寿命足够长，使之有充分的时间完成电子注入。1991年，瑞士科学家Gr