TiO2二氧化钛文献综述和参考文献(2)
3 TiO2主要的掺杂改性类型
3.1 离子掺杂
采用离子掺杂对 TiO2进行改性，是很多学者为提高 TiO2光催化性能最常选用的方法之一。一般可以分为两种，金属离子和非金属离子掺杂。通过掺杂，一方面可以改变离子TiO2的能级结构，从而使其发生红移，减小带隙；另一方面，可以减小光生电子和空穴的复合速率，延长电子和空穴的寿命，继而提高其光催化效率。
金属掺杂主要包括稀土金属离子和过渡金属离子掺杂，Choi等[7]做了多种金属离子对TiO2掺杂改性的影响的实验，研究表明，掺杂适量的过渡金属可以是光催化剂发生红移，有效提高太阳光利用率。有研究表明[8]，稀土金属离子La、Ce、Gd、Sm、Pr、Nd等被掺杂掺TiO2材料中时，也可有效拓宽TiO2对光的响应范围。
将无机非金属元素掺入到TiO2晶体中，可使其提升对可见光响应能力和催化活性。这是由于钛原子与非金属晶格间的电子密度能够重叠，使得TiO2的带隙降低，从而使TiO2的吸收波长发生红移，提高可见光响应范围。近年来，关于非金属元素掺杂到TiO2中的报道已有很多，如2008年，顾德恩等[9]对N、S、C、F等元素掺杂TiO2的研究，研究表明，通过非金属元素掺杂，可以在一定程度上提升光催化活性。有研究工作者运用密度泛函计算，推测出当 C 替代了 TiO2中 O 的位置(5%)后，轨道可以显著的和 O2P重合，而且使得禁带宽度变窄，从而提高了二氧化钛可见光的催化效果，发现了TiO2-C 的可见光活性，因此，越来越多的研究工作者投入到了碳掺杂二氧化钛的研究领域中。
3.2 贵金属沉积
采用贵重金属沉积法掺杂改性的原理是，通过改变TiO2系统中的电子分布来改变材料表面性质，从而提升二氧化钛光催化性能，其常用的方法是光还原法和浸渍还原法[11]。其实质是处于激发态的TiO2（产生电子-空穴对）的费米(Fermi)能级高于贵金属，因此，当两者相遇时，TiO2产生的导带电子会转移贵金属粒子表面，使得TiO2表面的电荷减少，从而减少了电子-空穴的复合率，同时提高了光生电子的运行速率。文献中使用该法报道最多的是元素Pt[12]，其次是 Pd、Ag等。其中由于Ag的沉积改性效果较优，且想比较而言Ag的成本较低，故它将成为未来贵金属沉积主要的改性选择对象。
贵金属沉积表面一般不是一层覆盖物，而是形成纳米级的原子簇，表面沉积率不能太高，过高的沉积率并不利于光催化降解反应。同时，这种改性方式使得光催化材料对机物具有选择性，如1993年，Mario Schiaveuo等[13]在TiO2表面上沉积0.5% Au+0.5%
Pt(wt)，分别降解水杨酸和乙醇，发现它们的降解速率不同，水杨酸的速率提升而乙醇的速率却低于TiO2的降解速率。因此，沉积量的多少和处理对象的选择也是十分重要的。
3.3 表面光敏化
表面光敏化是一种有效的方法将二氧化钛响应波长范围延长，同时，它也是研究提升光量子效率的主要内容之一。其主要的原理是将光敏材料或有机染料通过吸附的方式吸附在二氧化钛表面上，在可见光条件下，这些染料或活性物质由于其具有比较大的激发因子，因而成为吸附态的光活性分子吸收光源的能量，激发产生自由电子，这些电子将转移到的二氧化钛的导带上，使得最终达到扩大二氧化钛在可见光条件下光响应范围的目的，使响应波长发生红移。2007年，吉仁[14]用自制的纳米铂负载二氧化钛，用酞菁染料敏化得到了具有可见光催化性能的改性二氧化钛。
然而，对二氧化钛光敏化，也有一些缺点，如染料敏化剂和污染物之间因有吸附竞争的存在，导致发生光降解，使得敏化剂一直降解、减少，为了保持材料的高催化活性，不可避免地需要添加更多的敏化剂；再者，当多的敏化剂的吸收光谱范围较窄，其余太阳光谱不好匹配，正因存在这些缺陷，阻碍了光敏化二氧化钛催化剂在实际中的应用。
下一篇：网络留言簿系统文献综述和参考文献