金屬離子摻雜與貴金屬沉積對(duì)TiO2光催化性能的影響研究

谷向明(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)（渤海校區(qū)），河北 滄州 061100)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、城市化進(jìn)程的加快，環(huán)境污染的問題也變得越來越嚴(yán)重。Ti02 的出現(xiàn)給人們帶來了一線的生機(jī)。Ti02 的光催化作用已經(jīng)的到了許多環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域研究者的認(rèn)可與贊賞。但是Ti02 在環(huán)境保護(hù)方面還是受到種種因素的制約而不能發(fā)揮出最大的效能。于是，研究者發(fā)現(xiàn)金屬離子摻雜和貴金屬沉積對(duì)提高Ti02 的光化學(xué)性能有很大的幫助作用。因此，我們今天就從金屬離子摻雜對(duì)Ti02光催化性能的影響、貴金屬沉積對(duì)Ti02光催化性能的影響兩個(gè)方面研究一下金屬離子摻雜和貴金屬沉積對(duì)Ti02光催化性能的影響

1 金屬離子摻雜對(duì)Ti02光催化性能的影響

1.1 堿金屬離子摻雜

我們今天所提到的Ti02 基本上都是銳鈦礦和金紅石的混晶。而且這兩種物質(zhì)合成的Ti02 具有很高的光催化效能。因此，受到了社會(huì)各界的青睞。但是在銳鈦礦和金紅石相互轉(zhuǎn)變的過程中會(huì)產(chǎn)生較大的溫度，這樣的高溫會(huì)在很大程度上影響到Ti02的光催化效能。為了有效的降低在轉(zhuǎn)化過程中的溫度，我們可以利用堿金屬離子的摻雜來實(shí)現(xiàn)。

1.2 稀土離子摻雜

如果我們將稀土離子一物理或者是化學(xué)的方式引入到Ti02 中去的話，就可以有效的改變Ti02 的密度分布、形成的缺陷以及晶體的類型。從而影響到其分布狀況和能帶結(jié)構(gòu)，最終提高Ti02的光催化效能。

比如說陳恩偉等人就利用稀土元素中的鑭系離子摻雜來研究對(duì)Ti02 的影響，通過研究我們發(fā)現(xiàn)用鑭系離子摻雜的Ti02，在光照作用否認(rèn)反應(yīng)下，至少會(huì)有百分之八十五的咪磋被降解掉，而沒有摻雜鑭系離子時(shí)只會(huì)有白費(fèi)之五十的咪磋被降解掉，實(shí)驗(yàn)表明鑭系離子的摻雜可以有效的改善Ti02的光催化效能，為環(huán)境保護(hù)起到很大的作用。

通過以上兩種金屬離子摻雜的實(shí)例，我們不難發(fā)現(xiàn)金屬離子參雜確實(shí)對(duì)提高Ti02 的光催化效能有很大的幫助作用。實(shí)際上金屬離子摻雜不僅僅只有以上的兩種，另外還有過渡金屬離子和貴金屬離子的摻雜。這些金屬離子的摻雜都對(duì)提高Ti02的光催化效能有很大的幫助作用。

2 貴金屬沉積對(duì)Ti02光催化性能的影響

2.1 金屬沉積的方法

貴金屬的沉積可以采用普通親浸漬還原法，也就是說將Ti02浸泡在含有貴金屬的溶液當(dāng)中，然后在惰性氣體的保護(hù)作用下進(jìn)行高溫還原。此外，我們還可以采用光還原法，也就是說將Ti02 浸泡在貴金屬鹽和吸收有機(jī)物如甲醇、乙酸等溶液中，然后再利用紫外光照射將貴金屬還原而沉積在半導(dǎo)體表面。

2.2 貴金屬沉積對(duì)Ti02光催化效應(yīng)的影響

貴金屬沉積對(duì)Ti02 光催化效應(yīng)的作用有兩個(gè)方面。第一個(gè)就是可以影響Ti02 的能帶結(jié)構(gòu)。第二點(diǎn)就是影響了Ti02 氧化還原反應(yīng)過程。通過研究我們發(fā)現(xiàn)貴金屬可以有效的提高Ti02 的光催化還原活性的機(jī)制。這是由于貴金屬在Ti02 表面的擔(dān)載，光生電子向貴金屬流動(dòng)，貴金屬捕獲的光形成較強(qiáng)的流動(dòng)性，可以迅速的向Ti02 的表面?zhèn)鬟f，從而減少了光生電子在Ti02 體相內(nèi)部的復(fù)合機(jī)率，生成較多活性中心的表相Ti02，這也正是貴金屬沉積為何會(huì)影響Ti02光催化效應(yīng)的原因。

貴金屬的沉積之所以可以改善Ti02的光催化效應(yīng)，是因?yàn)橘F金屬和Ti02之間具有不同的費(fèi)米等級(jí)，一般情況下貴金屬的要高于Ti02的，所以當(dāng)兩者相遇時(shí)，電子就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)移，從費(fèi)米等級(jí)高的Ti02轉(zhuǎn)向的的貴金屬，直到二者可以互相匹配。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、城市化進(jìn)程的加快，環(huán)境污染的問題也變得越來越嚴(yán)重。Ti02 的出現(xiàn)給人們帶來了一線的生機(jī)。這種物質(zhì)具有價(jià)格低廉、無毒、高穩(wěn)定性、高效率等等的特點(diǎn)，因此Ti02成為了當(dāng)今最有潛力的光催化材料。Ti02的光催化作用已經(jīng)的到了許多環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域研究者的認(rèn)可與贊賞。但是Ti02 在環(huán)境保護(hù)方面還是受到種種因素的制約而不能發(fā)揮出最大的效能，比如Ti02 由于只能被波長較短的紫外線激發(fā)，在很大的程度上限制住了它的應(yīng)用范圍。于是，研究者發(fā)現(xiàn)金屬離子摻雜和貴金屬沉積對(duì)提高Ti02 的光化學(xué)性能有很大的幫助作用。因此，我們今天就從金屬離子摻雜對(duì)Ti02光催化性能的影響、貴金屬沉積對(duì)Ti02光催化性能的影響兩個(gè)方面研究一下金屬離子摻雜和貴金屬沉積對(duì)Ti02 光催化性能的影響。

[1]梁延榮，姚秉華，卞文娟.水中硝基酚的納米TiO2 光催化降解[J].分析測(cè)試學(xué)報(bào)，2002(01).

[2]孫曉君，蔡偉民，井立強(qiáng)，周德瑞，沈雄飛，王志平.二氧化鈦半導(dǎo)體光催化技術(shù)研究進(jìn)展[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001(04).

[3]姚曉斌，馬穎，姚建年.貴金屬對(duì)TiO2 懸浮液光照過程中H2O2形成的促進(jìn)作用[J].感光科學(xué)與光化學(xué)，1999(02).