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《氮掺杂改性二氧化钛光催化剂的研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第25卷第2期感光科学与光化学Vol.25No.22007年3月PhotographicScienceandPhotochemistryMar.,2007综述氮掺杂改性二氧化钛光催化剂的研究进展丛野,肖玲,陈锋,张金龙(华东理工大学精细化工研究所结构可控先进功能材料及其制备教育部重点实验室,上海200237)摘要:综述了近年来国内外利用氮掺杂改性二氧化钛的光催化剂性能、提高可见光的利用效率的最新研究进展;分析和讨论了氮掺杂二氧化钛的制备方法、理论计算和结构模型、掺杂机理等;总结了氮掺杂改性二氧化钛存在的问题,同时讨论了今后的研究方向.关
2、键词:二氧化钛;氮掺杂;改性;光催化;模型;机理文章编号:10003231(2007)02014709中图分类号:O64文献标识码:A二氧化钛作为一种光催化剂,由于其良好的化学稳定性和热稳定性、高效、无毒,而且成本低等特点,已成为目前最引人注目的环境净化材料,广泛应用于环境保护的各个领域.如利用TiO2的光催化性质处理含染料和农药等有机污染物的废水及含石油污染[1,2]物的水体,降解水中重金属离子污染物;含纳米TiO2的光催化净化涂料对大气中的NOx、汽车尾气中的含硫气体以及其它污染物如卤代烃、醛类、多环芳烃等都有着良好的[3]吸收和降解效果.
3、此外,纳米TiO2在杀菌、除臭、自清洁等方面也有着广阔的应用前[4,5]景.但是由于二氧化钛是一种宽禁带半导体,其禁带宽度为3.2eV(锐钛矿),只有在紫外光的激发下才能表现光催化活性,然而太阳光中紫外光的含量只占3%5%,因此对二氧化钛进行改性,使其在可见光甚至是室内光源的激发下产生活性是目前众多研究者的研究热点.[613]近年来,通过在二氧化钛中掺入非金属离子,如B、C、N、S、F、Cl、Br和I等,来提高二氧化钛在可见光下的光催化活性受到了众多学者的广泛关注,其中氮的掺杂研究最[14]多.早在1986年,Sato等已经发现氮的引入能够使二氧化钛产生
4、可见光催化活性.[8]2001年,Asahi等在Science上首次提出了氮掺杂取代二氧化钛中少量晶格氧,使二氧收稿日期:20061031;修回日期:20061207.基金项目:国家自然科学基金(20577009);教育部新世纪优秀人才计划(NCET040414);上海市纳米专项(0452nm010,0552nm019).作者简介:丛野(1977),女,博士研究生;张金龙,博士,教授,通讯联系人,电话:02164252062;Email:jlzhang@ecust.edu.cn.147148感光科学与光化学第25卷化钛的
5、带隙变窄,在不降低紫外光下活性的同时,使二氧化钛具有可见光活性,这也掀起了利用非金属元素掺杂改性二氧化钛的热潮.1制备方法目前制备氮掺杂二氧化钛的方法主要有溅射法、高温焙烧法、钛醇盐水解法、机械化学法和加热含Ti、N的有机前驱体法等.1.1溅射法溅射是在真空下电离惰性气体形成等离子体,离子在靶偏压的吸引下,轰击靶材,溅射出靶材离子沉积到基片上.磁控溅射利用交叉电磁场对二次电子的约束作用,使二次电子与工作气体的碰撞电离几率大大增加,提高了等离子体的密度.按磁控溅射中使用的离子源的不同,分为直流反应磁控溅射、交流反应磁控溅射、脉冲磁控溅射、射频磁控溅射、微波
6、ECR(电子回旋共振)、等离子增强磁控溅射等.[8]Asahi等采用在N2(40%)/Ar混合气体中溅射TiO2的方法制备了Ti2xNx薄膜,XRD分析显示该薄膜为锐钛矿和金红石的混晶.Asahi在理论上计算了氮掺杂的TiO2能带结构及其粉体和薄膜的可见光催化作用,认为氮原子取代了TiO2中的氧原子,这些氮原子能够产生可见光敏化活性.在可见光(波长小于500nm)照射下,氮掺杂的TiO2对亚甲基蓝和气态乙醛的光吸附和光催化降解活性显著提高,薄膜的表面亲水性提高,这是因为氮的掺杂形成了N的2p态和O的2p态的混合态,使得TiO2的带隙变窄,对可见光的响应增
7、强.[15]Diwald等用含有80%N2和20%Ar的混合气体,在室温、3kV加速电压下溅射TiO2的金红石单晶,然后在900K、超高真空下将所得晶体退火35h,制备得到掺N的TiO2.XPS光谱显示,在TiO2表面不存在N原子,其主要分布在表面以下20nm以内,在9nm处达到最大浓度1.20.5atom%.TEM显示,在近表面区域,单晶体相晶体结构通过表面张力向多晶颗粒状结构转变.通过研究O2的光脱附来考察氮掺杂晶体的光电化学性质.与未掺杂N的TiO2相比,掺N的TiO2光脱附曲线发生了蓝移,这可以用能带充满机制解释,原因是导带被电子部分充满,导致间接
8、的光激发过程向高于带隙的能级方向移动.[16]Lin
