上转换材料@碳纤维的制备及其光降解性能研究(3)
已知可见光的波长范围为（780～390nm），可知其能量范围。所以TiO2的响应光能量在紫外部分，想要使TiO2 具有光催化效应，则需要紫外光的照射，这就给TiO2在光催化领域的应用产生了一定阻碍。针对这样的现象，国内外学者也对TiO2进行了不同的改性方法，这些方法可以是TiO2的光响应范围得到延伸，可以加强TiO2的光催化活性。
1.1.2 TiO2的相关改性
就目前的研究阶段，对TiO2的改性方法成多元化趋势，如何更加有效的提高TiO2的光催化性能，拓宽光响应范围，成为现在TiO2改性的方向：
1.金属离子掺杂
金属离子掺杂是指将少量的稀土离子或过渡金属离子用不同的方法引入 TiO2的晶格中。Verwey等人[12]发现当金属离子掺杂到半导体材料中后，半导体的某些特性会发生改变。这可能是因为将这些稀土离子或者过渡金属掺杂到半导体中，使得半导体内部的分子结构发生了一系列的变化。最后导致了材料性质的改变。
金属离子的掺杂条件比较严格，所以在用金属离子做改性方法时，应注意金属离子的种类和离子参杂浓度，这里不是所有的金属离子掺杂进入TiO2材料中都能提高TiO2的光催化性能，一半只能是过渡金属离子例如：铜离子或铁离子等。一些金属离子掺杂进入TiO2材料只能是适得其反，反而会降低TiO2的光催化效率。离子掺杂浓度也是应当注意的，过低或者过高的离子掺杂浓度都会导致TiO2的光催化效率的降低。
2.贵金属沉积
贵金属沉积的改性方法主要是通过在TiO2的表面制造“陷阱”，这种“陷阱”可以俘获电子，减少光生空穴和光生电子的复合来提高TiO2的光催化效率，贵金属沉积常用的金属有：Ag，Au，Pt，Pd等[13-15]。相关研究表明，贵金属沉积到TiO2表面都，因为TiO2的费米能级要高于贵金属。TiO2所产生的电子就会从TiO2中“逃逸”到贵金属的表面，直至TiO2和贵金属的费米能级相同。形成了肖特基势垒，也就是电子复活陷阱。抑制了载流子的复合，达到了提高TiO2光催化性能的目的。
3.表面光敏化
表面光敏化是将表面光敏剂通过物理或者化学方法吸附于TiO2的表面，利用的是TiO2对光活性强的物质有强力的吸附能力。表面光敏剂能吸收光能量被激发，产生自由电子，而这些自由电子进入到TiO2的导带上，这样就可以拓宽TiO2的光响应范围，这样就增加了对自然光的利用率，从而提高了TiO2的光催化能力，表面光敏化原理如图：
图1.3 表面光敏化原理图[15]
Chatterjee 等[16]制备出82 羟基喹啉光敏化改性的 TiO2光催化剂，并氯酚、苯酚、三氯乙烯的三种有机污染物进行了光催化降解实验探究，结果经改进的同光敏化改经TiO2与没被改进的TiO2比较发现，光敏化改性的TiO2光催化剂的催化活性要比没处理的TiO2催化活性高很多，而且发现未光敏化的TiO2的光催化剂催化性能很低。
4.上转换发光材料复合
上转换发光材料是一种能将低能量的可见光转换为高能量的紫外光的物质，这中现象又称为反斯托克斯定律。通过制备与复合TiO2后，实现了可见光的利用，上转换发光材料能利用可见光并且转换为紫外光，而TiO2能都吸收紫外光来催化降解有机物，这样的方法来提高TiO2的光催化性能。国内已经有相关的研究，王君等人[17-19]利用超声波分散法制备出了上转换材料掺杂TiO2复合催化剂。冯光建等人[20] 利用浸渍法也成功的制备出了上转换材料复合TiO2光催化剂。并且通过之言证明复合后光催化剂的光催化性能要远远高于纯TiO2。
近年来，随着上转换发光材料的研究深入，其发光性能不断提升，上转换发光材料复合TiO2改性逐渐成为研究热点。上转换发光即是反斯托克斯发光，其最大的特点就是利用长波长、频率低的低能量光照射激发出短波长、频率高的高能量光。将上转换发光材料与TiO2用一定的方式进行复合之后，当可见光照射到复合之后的光催化剂时，上转换材料首先吸收可见光放出紫外光，随后将紫外光传递给附近的TiO2粒子，从而使TiO2的光催化性能得到了明显的提高。