二氧化钛光催化剂改性

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3、无二次污染等优点，作为光催化剂在环境治理中的应用正受到人们日益广泛的关注。然而，Ti02的光量子产率低，光响应范围窄，这严重阻碍了其实际应用。针对这些问题，科研工作者进行了大量的研究并取得了可喜的进展，如在Ti02体系中掺杂Sn、Fe、Cu、Sm、Co和V等金属离子，或制备负载型Ti02催化剂均可提高其光催化活性。近几年，阴离子掺杂体系也受到了很大关注，如F、S、N的阴离子掺杂可通过离子间的杂化作用在Ti02的禁带中引入杂质能态，促进Ti02对可见光的吸收，并提高了光催化性能。我国是钛矿储量大国，丰富的钛资源为二氧化钛应用提供了廉价的原料，二氧化钛的光催化应用研究

4、，随着环境污染治理的需求，而变得更加重要。1．1．1Ti0：的晶体结构二氧化钛是一种多晶型的化合物，常表现为n型半导体性质。主要有三种晶体结构，即金红石型、锐钛矿型和板钛矿型晶体结构fl】。其中金红石型和锐钛矿型有较高的催化活性。两种晶型结构均可由相互连接的Ti02八面体表示，两者的差别在于八面体的晶格畸变程度和八面体间相互排列、相互连接的方式不同。两种晶型的单元结构如图1．1所示。每个Ti4+被六个02‘构成的八面体所包围。锐钛矿型的八面体呈明显的斜方晶畸变；金红石型的八面体不规则，微显斜方晶，其对称性高于锐钛矿型卫。锐钛矿型Ti02为四方晶系，其中每个八面体与

5、周围8个八面体相连接(四个共边，四个共顶角)，4个Ti02分子组成一个晶胞。金红石型Ti02也为四方晶系，晶格中心为Ti原子，八面体棱角上为六个氧原子，每个八面体与周围lO个八面体相联(其中有两个共边，八个共顶角)，两个Ti02分子组成一个晶胞。板钛矿型Ti02为斜方晶系，六个Ti02分子组成一个晶胞。这三种晶型的结构参数如表1．1所示【3】，锐钛矿型的Ti．Ti键距(o．379nlil，0．304Bill)m东师范大学碗±学位论文比金红石型(0357rtm，0296nm)的大，Ti-O键距(o．193nm，0198re)d,于金红石型f0．195ran，0．19

6、8nm)。这些结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿型的质量密度(3893e；cm3)，略小于金红石型的质量密度(42499／cm3，h锐钛矿型的禁带宽度(32ev)略太子金红石型的禁带宽度(3．0eV)。金红石型Ti02对02的吸附能力较差，比表面积较小，因而光生电子和空穴容易复合，故催化活性受到一定影响。由于晶体结构的不同，金红石相、锐钛矿相和板钛矿相所表现出来的物理化学性质也有所不同，如表卜2所示【4】。由于这些结构和性质上的差异，使得这两者的催化能力有明显的区别，但是对于晶型对于催化活性的影响现在还有很大的争论。很多研究人员都认为

7、锐钛矿的催化活性要高于金红石，但是也有研究人员认为当锐钛矿和金红石共同存在的时候催化效果最好。01o】Anatase鬣、√1937^囤1-I二氧化钛的晶体结构Fig1-1StnlcturcofcellofTi02crystal山东师范大学硕士学位论文表1-1不同晶型二氧化钛的结构参数【3lTable1-1StructureparametersofTi02withdifferentcrystaltypes晶体结构空间群晶系点阵参数密度儋。原子间距／rim／nmCm-3Ti．OTi．Ti锐钛矿型14Jamd四方a_=O．37823．8940．19340．397c=O．

8、95020