二氧化钛纳米材料光催化性能研究进展
毕业论文关键词：纳米TiO2；光催化；制备；改性；应用
Research Progress of TiO2 Nanomaterials Photocatalytic Performance
Abstract:Nano-titanium dioxide has a broad application prospect because of its many excellent properties，but there are also some problems,such as wider band gap、high electron-hole recombination rate、difficult recovery，etc．In this paper,the photocatalytic reaction mechanism and preparation methods of nano-TiO2 were introduced．Its research status of surface modification and applications in different fields were reviewed.Meanwhile，the problems existing in the research process and its development trend in the future were also discussed．
Key Words:Nano-TiO2；Photocatalysis；Preparation；Modification；Application
目
摘 要 1
引 言 1
1 TiO2光催化机理 2
2 纳米TiO2的制备方法 2
2.1 气相法 2
2.2 固相法 2
2.3 液相法 2
3 TiO2光催化剂表面改性 4
3.1 贵金属沉积 4
3.2 金属离子掺杂 4
3.3 非金属离子掺杂 5
3.4 半导体复合 5
3.5 光敏化 5
3.6 其它改性方法 5
4 纳米TiO2的应用 5
4.1 光催化材料 6
4.2 太阳能电池 6
4.3 光解水制氢 6
4.4 气敏传感材料 6
4.5 抗菌材料 7
5 展 望 7
参考文献 8
致 谢 10
二氧化钛纳米材料光催化性能研究进展
引 言
自从Fujishima等[1]发现TiO2能够光催化分解水制氢以来，半导体光催化技术已经被认为是解决世界能源危机和环境污染的重要手段。纳米TiO2具有稳定性好、催化活性高、价格低廉、使用安全以及抗菌效果好等优点，是一种使用最广泛的半导体光催化材料。然而纳米TiO2光催材料真正走向实际应用还存在一定困难，如禁带宽度较宽，太阳光利用率低，光生电子-空穴易复合，量子产率低，严重限制了其在环境保护领域中的应用。本文系统的介绍了纳米TiO2光催化材料的光催化反应机理、制备方法、改性现状以及在各领域中的应用等几个方面，同时也对其在研究过程中存在的问题和今后的发展方向进行了积极的探讨。
1 TiO2光催化作用机理
半导体粒子能带结构一般由低能价带和高能导带构成，二者之间禁带大小称为禁带宽度(Eg)。纳米TiO2有金红石相、锐钛矿相和板钛矿相三种晶型结构。板钛矿相不稳定，应用很少，锐钛矿相的光催化活性优于金红石相，而且二者的混合相相对于纯的锐钛矿或金红石相TiO2则表现出更好的光催化活性[2]。TiO2的禁带宽度较宽(锐钛矿Eg=3.2eV,金红石型Eg=3.0eV)，当用能量等于或大于其禁带宽度的光照时，价带上的电子跃迁至导带，形成电子-空穴对，并在电场作用下分离并迁移到粒子表面[2]。这些光生电子-空穴对可与吸附在TiO2表面的O2、H2O和OH-反应，生成超氧自由基(•O2-)和羟基自由基(•OH)等氧化性很强的活泼自由基，能把许多难降解有机污染物氧化，并最终矿化为CO2，H2O和其它无机小分子[3]。