TiO2納米粉體的摻雜改性研究進展

王曉艷 孫波（榆林職業技術學院，陜西榆林 719000）

TiO2納米粉體的摻雜改性研究進展

王曉艷 孫波（榆林職業技術學院，陜西榆林 719000）

TiO2作為一種新型的半導體納米材料，具有廣泛的應用前景，但它的禁帶較寬，不吸收可見光，只能吸收波長較短的紫外線，極大的限制了的它的應用范圍，本文主要介紹常用離子摻雜對TiO2光催化性能的影響。

納米TiO2；摻雜；改性

TiO2成為一種新型的半導體納米材料，它用途非常廣泛、性能優良以及具有廣闊的應用前景，但是由于納米TiO2粒子的比表面積大，而且配位嚴重不足，導致它具有極強的表面活性，很容易團聚在一起，從而影響實際它的應用效果。研究表明，部分離子的摻雜對光TiO2催化性能的提高具有一定的作用，現在常見的離子摻雜主要有：非金屬摻雜、金屬摻雜、稀土摻雜等。

1 非金屬摻雜

非金屬元素的摻雜一般認為摻雜非金屬元素后，TiO2中形成了氧的空位，非金屬元素取代氧空位，而形成TiO2-xAx晶體，還有一種說法就是非金屬元素取代TiO2中的氧，使氧的2p軌道和非金屬的2p軌道混合，從而降低禁帶寬度，來提高它的光吸收范圍，目前對于非金屬元素摻雜TiO2納米管方面的研究報道已有很多。

研究表明C、N、S和鹵素等非金屬元素的摻雜都可以有效提高TiO2的光催化性能，Liu等［1］采用水熱合成法進行了S、N共摻雜TiO2，研究發現S和N離子共摻雜的TiO2光催化活性比單獨摻雜的TiO2活性明顯提高。

吳俊明等［2］采用用溶膠-凝膠法，對TiO2進行Ce、N單一和共摻雜改性，實驗結果表明，摻雜后相比與未摻雜TiO2的催化劑紫外、可見光活性明顯提升。

2 金屬摻雜

研究還發現，摻雜使TiO2的禁帶變窄，吸收光譜紅移，提高光譜響應范圍，這樣的離子有Fe3+，Mn4+，V4+等。

純TiO2是n型半導體，存在氧化晶格空缺，當Mo6+取代Ti4+時，在晶體中就會產生空缺。Mo6+取代Ti4+后，根據電荷平衡，電子密度增加。Mo6+是電子供體，費米能級向上移動，能帶變窄。

Jeon S等［4］做了21種金屬離子摻雜TiO2的實驗，發現Fe3+，Mo5+，Ru3+，OS3+，Re5+，V4+和Rh3+摻雜可以增強TiO2的光吸收活性。用比Ti4+陽離子價態高的陽離子（如W6+，Ta5+，Nd6+）摻雜TiO2會增加導帶上的電子濃度，降低功函，費米能級向上移動，增加表面勢壘，過渡層變窄。

3 稀土摻雜

稀土金屬的電極結構為4f型，沒有5d電子，這種特殊的電子結構會引起TiO2晶格的畸變，晶格上的氧易于脫離，很容易形成氧缺位；從而增強催化劑對反應物的吸附能力，增加了TiO2表面吸附的羥基，從而產生羥基自由基；此外，稀土離子引入TiO2晶格后，在TiO2的禁帶中也可引入雜質能級，減小禁帶寬度，進而拓寬TiO2的光譜吸收范圍。

薛寒松等［5］采用溶膠-凝膠法制備鑭鈰摻雜的納米TiO2粉體，在不同的溫度下進行熱處理，并對熱處理后的納米TiO2粉體用X射線衍射儀、XRD進行表征，結果表明：稀土鑭鈰摻雜后抑制了TiO2銳鈦礦向金紅石晶相的轉變，TiO2的光催化性能得到明顯的提高。

魏志剛等［6］利用密度泛函理論平面波超軟贗勢方法并選擇GGA水平上的PW91相關能泛函，對TiO2在摻雜Gd元素前后的結構、幾能帶結構、態密度、HOMO和LOMO等進行模擬計算，結果發現Gd摻雜對晶格的對稱性沒有影響，但使晶格常數變大，減小了禁帶寬度，可見光的吸收強度增加，大大的提高了TiO2的光催化效果，

4 結語

隨著社會的進步和經濟的發展，能源與環境問題越來越受到關注，TiO2的光催化技術的研究也引起了人們的注意，盡管對納米TiO2進行摻雜來改變它的光催化性能的研究有一定的成果，同時也推進了TiO2的應用前景，但是還有許多問題有待解決，需要深入研究。

［1］Liu H，Liu G，Zhou Q，eral.PreParation and photocatalytic activity of Gd3+doped triritante nanoutubes［J］.Microp Mesop Ma?ter，2011，142：439-442.

［2］吳俊明，潘湛昌等.Ce及N共摻雜改性TiO2光催化性能及Ce組分的作用［J］.無機化學學報，2010，26（2）：203-210.

［3］G Zhu.Preparation and characterization of nitrogen-dopedti?tanium dioxides［J］Sci China Ser B-Chem，2007，50（2）：212-216.

［4］Jeon S.et al.Hydrothermal synthesis of Er-doped lum-ines centTiO2nanoparticles［J］.Chem.Mater，2003，15，1256.

［5］薛寒松等，鈰摻雜二氧化鈦納米管的光催化性能［J］.機械工程材料，2008，32（6）：36.

［6］魏志鋼等.Gd摻雜銳鈦礦型二氧化鈦的第一性原理研究［J］.材料科學與工程學報，2011，29（2）：217-220.