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TiO_2光催化剂掺杂及负载改性研究进展
摘要
TiO2作为一种典型的光催化剂，在环境污染治理、能源转换、有机合成等领域具有重要应用价值。然而，纯TiO2光催化性能受到其晶型、表面形貌和电子结构等因素的限制，限制了其进一步应用。本文回顾了近年来对TiO2光催化剂掺杂和负载改性的研究进展，着重探讨了掺杂元素和载体对TiO2光催化性能的影响。研究表明，掺杂元素和负载载体的适当选择和调控可以有效提高TiO2的光催化性能。
Abstract
TiO2,asatypicalphotocatalyst,hasanimportantapplicationvalueinenvironmentalpollutioncontrol,energyconversion,organicsynthesisandotherfields.However,thephotocatalyticperformanceofpureTiO2islimitedbyitscrystalphase,surfacemorphologyandelectronicstructure,whichrestrictsitsfurtherapplication.Inthispaper,theresearchprogressofTiO2photocatalystdopingandloadmodificationinrecentyearsisreviewed,andtheinfluenceofdopingelementsandcarriersonthephotocatalyticperformanceofTiO2isexplored.TheresearchshowsthattheproperselectionandregulationofdopingelementsandloadcarrierscaneffectivelyimprovethephotocatalyticperformanceofTiO2.
1.引言
TiO2作为一种典型的光催化剂，吸收紫外光激发电子，产生氧化还原体系，从而使污染物得以光催化降解，其具有安全环保、易得、稳定、寿命长等优点，已成为处理环境污染和水处理的有效方法。然而，纯TiO2的光催化性能受到其晶型、表面形貌和电子结构等因素的限制，限制了其进一步应用。因此，研究TiO2光催化剂掺杂和负载改性已成为当前的热点。
2.TiO2光催化剂掺杂改性
2.1氮掺杂
氮掺杂是最常见的TiO2掺杂方法之一，它可以改变TiO2的电子结构和光学性质，并形成Ti-O-N的化学键，从而提高光催化活性。以TiO2纳米晶为例，氮掺杂可以转换TiO2晶相为金红石型，同时引入浅能级和中能级，增加光吸收和光生电子-空穴对。[1]Lee等使用溶胶-凝胶法制备了Nb和N共掺杂的TiO2纳米棒，结果表明，共掺杂的TiO2纳米棒比单独掺杂的TiO2具有更好的活性。
2.2钛或金属掺杂
钛或金属元素是常见的TiO2掺杂元素。钛掺杂可以性提高TiO2的能带垒、延长电子寿命和降低电子-空穴复合速率，从而提高光催化活性。[2]金属掺杂则可以降低TiO2的带隙，提高光吸收率，提高光催化活性。[3]
2.3硫掺杂
硫掺杂是一种新型的TiO2掺杂方法，它可以引入中能级，增加TiO2的光吸收，并且与光生电子形成S-TiO2复合物有较强的亲和力，有效减少了电子-空穴的复合，从而提高光催化剂的利用效率。[4]
3.TiO2光催化剂负载改性
3.1SiO2负载
SiO2是一种常见的TiO2载体，它可以提高TiO2的反应活性和导电性，并且可以避免TiO2颗粒之间的团聚和光催化剂的流失。Wen等使用沉积-沉淀法制备了SiO2负载的TiO2光催化剂，结果表明，SiO2负载能够使TiO2光催化剂的活性得到显著提高。
3.2TiO2负载
TiO2负载可以提高光催化剂的局部表面等离子体密度和光吸收率，从而提高光催化活性和稳定性。[5]Wang等采用溶剂热法制备了TiO2负载的MoS2/TiO2复合催化剂，结果表明，TiO2负载使MoS2分散度得到优化，并且提高了MoS2/TiO2的光催化活性。
4.总结
本文针对TiO2光催化剂掺杂和负载改性的研究进展进行了回顾。研究表明，掺杂元素和负载载体的适当选择和调控可以有效提高TiO2的光催化性能。但是，不同的掺杂元素和载体对光催化剂的影响存在差异，需要深入探讨其机制和适用范围。此外，制备方法和条件也对光催化剂的性能影响较大，需要进一步改进和优化。
参考文献：
[1]林乾儒，姜国锋，李暄，等.显微结构及氮掺杂对TiO2光催化活性的影响[J].环境科学，2017(10)：94-100.
[2]吉源，柳丽妹.钛掺杂对TiO2光催化降解亚甲基橙的性能影响研究[J].化学与黏合，2021(2)：10-18