二氧化钛

二氧化钛的光催化性能二氧化钛的三种晶体结构纳米二氧化钛的制备方法二氧化钛在实际应用中的缺陷提高TiO2光催化性能的主要途径二氧化钛：一种半导体光催化材料半导体光催化：是光学、电化学、材料学、表面化学和催化化学等领域的新兴交叉学科，其特征是半导体材料通过有效吸收光能产生具有极强氧化能力和还原能力的发生空穴和电子，在催化剂表面发生直接或间接的氧化或还原反应。目前，半导体光催化已形成两个研究方向：太阳能光电转化和环境治理光催化。光催化机理当一个能量等于或大于半导体带隙能（Eg）的光子（能量为h）射入半导体时，一个电子e-被从价带VB激发到导带CB，留下一个空穴h+在价带中。激发态的导带电子和价带空穴除了重新结合并消除输入的能量之外，电子在材料的表面被捕捉。即电子被吸附在半导体表面，或者吸附在荷电的周围粒子的双电子层之内。如果一个适当的空穴或表面缺陷态能被用来捕捉电子或空穴，则可以防止电子和空穴的重新复合，后来的还原反应就可以发生。价带的空穴是有力的氧化剂（＋1.0～3.5eV），而导带电子是很好的还原剂（＋0.5～-1.5eV）。大部分的有机光催化降解反应，不是直接就是间接地充分利用空穴氧化剂的能量。然而，为了防止电子和空穴的重新复合，必须提供一个可还原物质与电子反应。光催化活性高（吸收紫外光性能强；禁带和导带之间的能隙大，光生电子和空穴的还原性和氧化性强）化学性质稳定(耐酸碱和光化学腐蚀),对生物无毒在可见光区无吸收，可制成白色块料或透明薄膜。热稳定性、超亲水性、非迁移性。原料来源丰富纳米TiO2是当前最有应用潜力的光催化剂锐钛矿相和金红石相二氧化钛的能带结构气相法液相法固相法1、二氧化钛的光吸收只限于波长较短的紫外区，对太阳光的吸收尚达不到照射到地面太阳光谱的10%，限制了太阳能的利用；2、光生载流子很容易重新复合。如在二氧化钛表面上光生载流子的复合是在小于10-9s的时间内完成，降低了光电转换效率，从而影响了光催化效率。解决办法：对二氧化钛进行改性，通过改性可提高激发电荷分离，扩大其作用的光波长范围以提高太阳光的利用率、提高二氧化钛的稳定性、提高光催化反应的选择性或产率等。贵金属沉积离子掺杂采用复合半导体添加适当的有机染料敏化剂贵金属沉积通过改变体系中的电子分布，影响二氧化钛的表面性质，进而改善其光电性能。可采用浸渍还原、表面溅射等方法使贵金属形成原子簇沉积附着在二氧化钛表面。通过贵金属的修饰一方面能促进光生电子-空穴对的分离，另一方面可改变二氧化钛的能带结构，更有利于吸收低能量光子，以增加太阳光的利用率。离子掺杂1、金属离子掺杂：掺杂金属离子可以改变半导体的能级结构和表面性能，进而改变光催化历程，提高光催化反应的量子产率。在二氧化钛半导体中掺入不同嘉泰的金属离子，不仅可以加强半导体的光催化作用，还可以使半导体的吸收波长范围扩展至可见光区域。从半导体的电子学来看，掺杂主要有下面三个作用：1、形成捕获中心。2、形成掺杂能级3、改变载流子的扩散长度。掺杂离子的种类主要是过渡金属离子和稀土金属离子1、掺杂离子的能级比二氧化钛的能级低2、选用具有全充满或半充满电子构型的过渡金属离子会使捕获的电子容易释放出来，从而延长光生电子-空穴的寿命，提高光量子产率3、高价离子掺杂形成的强电场使光生电子-空穴得到有效的分离，从而增强光降解效果，低价离子则相反；4、金属离子半径和离子类型应与Ti4+相近以便较易取代晶格上的太离子或进入晶格间隙。掺杂金属离子的原则：2.非金属离子掺杂非金属元素掺杂是利用非金属元素取代二氧化钛中的部分O元素。主要掺入N、P、C、S和卤素等，通过这些掺杂，实现了对可见光的响应，提高了二氧化钛的光电特性。非金属掺杂中存在的问题：1、非金属元素掺杂二氧化钛的稳定性研究较少，在强氧化物的存在下可能导致非金属元素的流逝2、非金属元素掺杂二氧化钛在可见光激发下的空穴比紫外线激发下的空穴氧化能力要低，这就影响到能否在可见光下实现对大部分有机物的矿化。同时对于掺杂导致的能带位移也关注较少。复合半导体由两种不同禁带宽度的半导体复合组成。二元半导体中两种不同的能级差别可增强电荷分离，抑制电子与空穴的复合，扩展光致激发波长范围，提高光子利用率，从而显示出比单一半导体具有更好的稳定性，其光催化活性的提高归因于不同能级半导体之间光生载流子的运输与分离。复合半导体表面敏化表面敏化就是将光活性物质以物理或化学吸附于半导体表面延伸激发波长。当活性物质激发态的电势比半导体导带电势更负，就有可能使激发电子输运到半导体材料的导带，从而扩大了半导体激发波长范围，更多的太阳光得到利用。谢谢大家！