非金屬摻雜TiO2光催化劑的研究進展

劉英吉，王 松*，韓 璐，史瀚文，金立民，趙麗娜

(1東北石油大學地球科學學院，黑龍江大慶，163318;2河北科技師范學院)

納米TiO2因為有合適的導帶電位和價帶電位、化學穩定性好、光照后不發生光腐蝕、氧化還原能力強、無毒和價格低廉以及環境友好等特點而成為了具有應用前景的光催化材料。但純TiO2的帶隙較寬，僅能吸收紫外光，從而影響了它在光催化應用中的發展。因此，擴大TiO2的光吸收范圍，提高它的光催化活性成為當前研究的熱點問題之一。近年來，由于非金屬離子摻雜實現了TiO2對可見光的吸收而得到廣泛研究。目前，這類研究工作主要集中在N，C，S，F和P等幾種非金屬離子上。

1 非金屬摻雜TiO2光催化作用原理

TiO2是一種寬禁帶半導體，其能帶結構是沿布里淵區的高對稱結構。它的3d軌道分裂為eg和t 2g兩個亞層空軌道，電子占據s和p能帶;費米能級處于s，p和t 2g能帶之間;最低的兩個價帶相應于O2s能級。6個價帶相應于O2p能級，最低的導帶是由O3s組成的，更高的導帶能級是由O3p組成的。當用能量大于禁帶寬度(也稱帶隙，Eg)的光照射時，價帶上的電子(e－)被激發躍遷至導帶，在價帶上留下相應的空穴(h+)。光激發產生的電子和空穴向半導體表面吸附的有機或無機物種轉移，并進一步反應。TiO2能夠提供電子以還原一個電子受體;而空穴遷移到表面和供給電子的化合物結合，使該物種氧化。TiO2的空穴的電勢大于3．0 eV，比高錳酸根和氯氣的電極電勢高，具有很強的氧化性［1］。與水分子反應可以產生活潑的羥基自由基(·OH)，超氧離子自由基(·O－2)以及HO·2自由基，這些都是氧化性很強的活潑自由基，能夠將各種有機物直接氧化為CO2，H2O等無機小分子［2］。……