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| 鐵族元素摻雜改性二氧化鈦光催化劑特性 |
| 來源：中國粉體技術網 更新時間：2013-12-05 09:54:50 瀏覽次數： |
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?。ㄖ袊垠w技術網/劉莉）近年，高效無毒的光催化劑——二氧化鈦(TiO2)納米材料用于有機物環境污染降解方面的研究受到了廣泛關注。但是TiO2光催化劑帶隙能較寬，只能吸收波長小于或等于387.5nm的光，即只能被波長較短的紫外線激發。而照射到地面的太陽光中只有4%-6%的紫外光線，因此對可見光及光激發電荷的利用率較低，限制了其實際應用范圍。
TiO2屬于n型半導體材料，禁帶寬度為3.2ev，當它受到波長小于或等于387.5nm的光（紫外光）照射時，價帶的電子就會獲得光子的能量而越前至導帶，形成光生電子（e-）；而價帶中則相應的形成光生空穴（h+），如下圖所示。在電場的作用下，光電效應產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機污染物，將其礦化為無機小分子、CO2和H2O等無害物質。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生態研究所于洪文研究員等科研人員通過一種簡易的水熱法合成制備鐵族（鐵，鈷，鎳）單一元素摻雜的同時暴露（001）高能晶面的TiO2納米片，并利用紫外光和可見光照射降解偶氮染料—亞甲基藍，評價不同摻雜的TiO2的光催化性能。研究發現，改變摻雜元素的類型和含量，會使TiO2納米片的尺寸和（001）晶面的面積發生變化，造成了TiO2的光催化活性的顯著差異。
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.最優化的摻雜元素與鈦的含量比為0.75%。
同時，通過測定電化學阻抗、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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