無機陰離子修飾二氧化鈦對光催化活性的影響

孟喜德 郭詩韻 盧娜娜 鄧孟秋 張雪純 汪恂

摘 要：光催化技術是一種新興的高效節能現代污水處理技術。本文敘述了 TiO2 表面非金屬陰離子修飾技術研究進展。從離子修飾機理角度解釋了離子修飾提高TiO2光催化活性的原因，進一步闡述光催化技術面臨問題及發展

前景。

關鍵詞：光催化技術 離子修飾 無機陰離子

1引言

Ti02因其優異的光催化性能，在污染物廢水及 空氣凈化方面引起了國內外研究者的廣泛關注[1.2]。早期的研究主要集中在懸浮體系即 TiO2粉末上，但目前懸浮相TiO2光催化劑在水中易凝聚、易失活、且使光的穿透力受阻，尤其是處理后的光催化劑分離與回收的難題已成為該項技術能否工業化的關鍵。近年來，離子修飾TiO2是提高其光催化活性的一條很好的途徑，成為目前光催化技術的研究熱點[3.4]。

2非金屬陰離子修飾

陰離子表面修飾能提高光催化降解污染物的效率。王知彩等[3]研究了SO42-改性TiO2催化降解茜素紅水溶液，結果表明，SO42-/ TiO2對茜素紅水溶液具有較強催化降解活性及一定的光催化特性，其降解作用不同于TiO2光催化。顏秀茹等[4]采用共沉積—浸漬法制備了SO42-/ TiO2-SiO2，并用XPS、IR等對該催化劑進行了表征，說明SO42-/ TiO2-SiO2具有固體超強酸結構，由于該酸中 S=O 鍵具有很強的誘導效應，使得表面Ti4+的L酸性增強；當SO42-/ TiO2-SiO2吸附少量水時，水分子中 H+易解離出來而形成B酸中心，并且，SO42-/ TiO2-SiO2表面上這兩類酸中心很容易相互轉化，使其表面的酸度增強，其結果就有利于TiO2導帶上的光生電子向表面遷移，會導致光生電子與空穴的分離，從而提高了光催化反應速率，增大了SO42-/ TiO2-SiO2光催化降解甲基橙的活性.

Gomez 等[5]采用硫化溶膠—凝肢技術制備了硫化的TiO2光催化劑，首先用溶膠—凝膠法制備了純TiO2，然后用5 mL的0.5 mol/L硫化銨溶液浸漬，攪拌3h后干燥，600 °C在動態空氣中鍛燒3h便得到硫化的TiO2，測得硫含量為ω（S）=0.59%。實驗表明，硫離子使TiO2的禁帶寬度變小，且能抑制銳鐵礦向金紅石相的轉變，硫離子修飾TiO2催化劑在紫外光下催化降解2，4-二硝基苯肢的活性高于純TiO2.。戴文新等口[6]利用提拉法在載片上制得含有鹵素離子的 TiOz-X 薄膜樣片，研究了不同 X- 濃度對 TiO2 薄膜光致親水性的影響，結果表面， TiO2-Im薄膜的表面0含量和表面起基數都較純TiO2薄膜發生了變化，說明I-可能與 TiO2 發生了化學作用，并從TiO2薄膜光致親水性的作用機理及鹵素離子的化學作用解釋了X-對TiO2薄膜光致親水性的影響。

3離子修飾 TiO2的機理

金屬陽離子和非金屬陰離子修飾都能使TiO2的光吸收邊向可見光方向移動，因此離子改性TiO2使得光催化劑的結構和光催化性能顯著改善，是提高光催化降解有機污染物的效率主要原因[7]。雖然，人們提出了很多摻雜光催化反應機理，但歸納起來 基本認為外界離子摻入 TiO2后，都改變了TiO2相應的能級結構，即形成了新的摻雜能級。因為摻雜能級在TiO2禁帶中的位置不同，一般金屬離子摻雜形成的摻雜能級在靠近TiO2導帶的位置，而非金屬陰離子摻雜形成的摻雜能級在靠近TiO2價帶的位置。摻雜能級可以接受TiO2價帶上的激發電子，或者吸收光子使電子躍遷到TiO2的導帶上。由于摻雜能級處于禁帶之中，使長波光子也能被吸收，從而擴展了TiO2吸收光譜的范圍。但是，關于摻雜能級的形成機理還沒有達成共識。另外，摻雜的離子也會成為電子—空穴的復合中心，不利于催化劑的光催化活性，因此摻雜離子存在一個最佳摻雜

濃度。

4.結束語

縱觀近年來光催化技術的發展，TiO2在功能材料及三廢處理等方面發揮出它極大的優勢，無論在基礎理論研究還是在實際應用方面都有著長足的發展。但是，目前TiO2光催化技術還存在下列問題： （1）量子效率低（4%左右）； （2）太陽能利用率低 ；（3）使用壽命不夠長；（4） 光生電子還原能力較弱、單位 時間內處理的廢水量小且散度低等.圍繞這些問題，經過國內外專家的不斷努力，開拓創新，另外，由于TiO2本身具有優異的光催化特性、抗光腐蝕、耐酸 堿腐蝕、無毒、價廉等優點使其在實際應用方面有著十分誘人的應用前景，為光催化技術在化學合成、污水處理、環境保護、太陽能利用等方面實際應用奠定可靠基礎。

參考文獻：

[1] 崔玉民，韓金霞.光催化降解水中有機污染物研究現狀與展望[J J. 燃料化學學報， 2004 ，32 （1）：123

[2] Hoffman M 尺， Martin S T ，Choiw ，et al. Environmental applications of semiconductor photocatalysis[ J]. Chem Rev，1995 ，95：69-96.

[3] 王知彩，李小君，王平. SO42-改性 Ti02 催化降解菌素紅水溶液[J J. 中國環境科學，2003 ，23（5）：535

[4] 顏秀茹，白天，韓芳，等. SO42-?/TiO2-SiO2 的制備及對甲基橙的光催化降解[1].無機化學學報， 2003 ，19（10）：1125

[5] Gomez R ，Lopez T ，Ortiz-Islas E ，et al. Effects of altervalent cation doping of Ti02 0n its performance as a photocata?Iyst for water c1eavage [JJ.] Mol Catal A：Chem ，2003 ，193：217-226.

[6] 戴文新，王緒緒，付賢智，等.鹵素離子對 Ti02 薄膜光致親水性的影響[J J. 物理化學學報， 2005 ，2 1（11） ：1 274-1 279.

[7] 蘇文悅，付賢智，魏可筷. SO42-表面修飾 TiO2 結構及其光催化性能的影響[J J. 物理化學學報， 2001 .17 （1）：28