纳米TiO2的可见光催化性能研究文献综述

 2023-04-20 14:44:17

文献综述

1 引言 1972 年,日本科学家 Fujishima 等[1]首次发现半导体金属氧化物 TiO2 可以光解水这一现象,此后半导体光催化技术就成为催化研究领域的一大热点。

TiO2 具有化学性质稳定且价格低廉、催化活性较高、耐腐蚀性强以及无污染等优点,备受研究人员的青睐。

但是 TiO2 光催化技术的大规模应用还存在一些困难,主要原因在于其较大的禁带宽度(E=3.2 eV)对应的激发波波长范围在紫外光区,而太阳光中紫外光的比例远远小于可见光,对太阳能的利用率较低;此外,由于光激发产生的电子和空穴复合率高,导致光量子效率降低。

因此拓宽光催化剂的光谱响应范围、抑制电子和空穴的复合是 TiO2 可见光催化研究的重要方向[2-5]。

本文综述了 TiO2 可见光催化机理以及改性使得 TiO2 可见光光催化性能增强的方法。

2 TiO2 光催化机理 TiO2 的能带由一个充满电子的低能价带(VB)和一个空的高能导带(CB)构成,价带和导带之间存在一个区域为禁带,该区域的大小称为禁带宽度(Eg)。

当能量大于或等于禁带宽度的光源照射到半导体 TiO2 上时,低能价带的电子(e-)被激发跃迁到高能导带上,在价带处留下一个空穴(h ),这样就形成了一个电子-空穴对。

在电子-空穴对参与下可以发生如下反应[6]:(1)电子、空穴直接复合:TiO2 hnu; →h e- (1)h e- →hnu;/heat (2)(2)电子、空穴与 OH-、H2O 及 O2 反应:h OH- → OH (3)h H2O → OH H (4) e- O2 → (5)(3)OH、电子、空穴与电子给体、受体、有机物反应: OH A → A H2O (6)e- B → B- (7)h A → A (8)3 纳米 TiO2 可见光催化剂改性制备技术 3.1 离子掺杂 对于光催化过程来说,只有捕获光生载流子并与受体发生作用才是有效的[7]。

因此改善光催化性能我们可以从抑制光生载流子的复合,提高界面电子转移速率常数出发。

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