贵金属掺杂二氧化钛光催化剂的研究进展.pdf

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1、第36卷第3期东北电力大学学报V0I．36．No．32016年6月JournalOfNortheastDianliUniversityJun．，2016文章编号：1005—2992(2016)03—0069—06贵金属掺杂二氧化钛光催化剂的研究进展林松竹，王守航(东北电力大学化学工程学院，吉林吉林132012)摘要：贵金属掺杂TiO光催化剂能够克服明星材料纯TiO：在光催化实际应用中表现出的诸多不足。通过探究纯TiO和贵金属掺杂TiO：光催化剂的光催化机理，列举Pt、Ag、Au等贵金属掺杂TiO光催化剂的具体实例，文中对当前贵金属掺杂TiO：光催化剂所取得的研究成果和存在的问

2、题进行了全面的分析，对贵金属掺杂TiO光催化剂的研究进行了展望。关键词：贵金属；TiO；掺杂；光催化剂中图分类号：TP29文献标识码：A作为一种典型的n型半导体材料，二氧化钛(TiO)已经成为目前研究最为广泛的过渡金属氧化物之一。二氧化钛纳米材料具有带隙较宽、折射率高、化学性质稳定、环境友好型、廉价等优点，被广泛的应用在光催化、光电子器件和气体传感等研究领域。但是随着研究进展和实际的应用，研究者发现TiO，禁带较宽(3．2ev)，只能吸收波长较短的紫外光(h<3871"1121)，对太阳能利用率不足10％；光激发产生的电子与空穴的复合率高，致使TiO的光量子产率低¨j。基于这

3、两大难题，单一的TiO：纳米材料已经不能满足实际应用的需要，更多的研究开始集中于TiO：纳米复合材料，提高TiO的光能利用效率、光催化活性，突破催化剂的禁带宽度，使其响应光谱向可见光扩展。现阶段研究人员主要通过贵金属掺杂J、离子掺杂J、复合半导体J、有机表面改性_6等方法对TiO：进行改性。其中，贵金属掺杂TiO作为掺杂改性方法之一，受到众多研究者的青睐。本文对纯TiO纳米材料和贵金属掺杂TiO光催化剂的催化机理进行了详细的阐述和对比分析，充分展现了贵金属掺杂TiO：光催化剂的优势。综述了近年来Pt、Ag和Au几类贵金属掺杂TiO：纳米材料制备新型光催化剂的研究进展，分析目前

4、贵金属掺杂TiO：光催化剂研究所取得的成果及存在的问题，对今后贵金属改性TiO复合材料的研究趋势进行展望。1TiO2光催化剂的催化机理纳米TiO，被认为是最高效、环境友好型的非均相光催化剂，被广泛用于光催化降解有机污染物。TiO在紫外光照射下在光解水、有机物光催化降解、CO氧化等具体应用领域表现出卓越的催化活性。如图1(a)所示，TiO在紫外光照射下，处于价带上的电子激发跃迁到导带，形成光生电子，同时在价带上产生空穴。光生电子具有强还原性，空穴具有强氧化性，这些光生载流子转移至TiO表面，与相应物质发生氧化还原反应。但纯TiO，的太阳光利用率较低以及光生载流子较高的复合率较高

5、，存在的两个问题严重的制约了TiO的实际应用。贵金属掺杂TiO光催化剂与纯TiO相比，能够有效地解决上述两种问题。在可见光照射下，当贵金属与TiO接触时，载流子重新分布形成肖特基势垒，肖特基势垒能收稿日期：2015-12-28作者简介：林松竹(1960一)，男，吉林省吉林市人，东北电力大学化学工程学院教授，博士，主要研究方向：材料科学第3期林松竹等：贵金属掺杂二氧化钛光催化剂的研究进展71为了更好地提升Pt／TiO复合材料的光催化活性，诸多研究开始探究如何优化Pt与TiO之间的相互作用。通过不断地研究发现，核壳型Pt@TiO复合材料的光催化活性明显提升，并且能够克服Pt粒子直

6、接沉降于TiO：表层所产生的分布不均、易聚集问题。在Zhang等人L】的研究中，他们利用水热法制备不同贵金属(Pt、Au、Pd)与TiO的核壳型纳米复合材料，用于降解罗丹明B(RhB)。催化结果表明，核壳型Pt@TiO复合材料可以表现出可变的催化活性，并且不同于TiO只有在紫外光照射下具有催化活性，核壳型Pt@TiO复合材料只有在可见光照射下才会具有催化活性。核壳型Pt@TiO：复合材料中，Pt粒子作为贵金属，Pt粒子能够诱捕电子，提升电子一空穴对寿命，并且能够提升可见光吸收强度，其对于复合材料的光催化活性能够产生极大的影响。3银掺杂二氧化钛光催化剂相对于其它贵金属元素，银成

7、本较低，具有较强的LSPR效应，而且形状容易控制。基于这些特性，银粒子改性TiO复合材料受到诸多关注。基于其较大的功函，银粒子能够从TiO处吸收光生电子从而促进电荷分离，因此Ag／TiO复合材料同纯TiO：相比，在紫外光照射下光催化降解有机分子的性能得到提升。随着研究的开展，ng／T~O：复合材料已经应用于光催化有机分子降解、颜料敏化太阳能电池(DSSC)、光活性杀菌剂、光致变色材料等研究领域¨。研究表明，银粒子所具有的LSPR效应赋予其独特的光学性能，通过控制粒子的形貌、尺寸以及所处的电介质环境可以相