无机阴离子修饰二氧化钛对光催化活性的影响

孟喜德 郭诗韵 卢娜娜 邓孟秋 张雪纯 汪恂

摘 要：光催化技术是一种新兴的高效节能现代污水处理技术。本文叙述了 TiO2 表面非金属阴离子修饰技术研究进展。从离子修饰机理角度解释了离子修饰提高TiO2光催化活性的原因，进一步阐述光催化技术面临问题及发展

前景。

关键词：光催化技术 离子修饰 无机阴离子

1引言

Ti02因其优异的光催化性能，在污染物废水及 空气净化方面引起了国内外研究者的广泛关注[1.2]。早期的研究主要集中在悬浮体系即 TiO2粉末上，但目前悬浮相TiO2光催化剂在水中易凝聚、易失活、且使光的穿透力受阻，尤其是处理后的光催化剂分离与回收的难题已成为该项技术能否工业化的关键。近年来，离子修饰TiO2是提高其光催化活性的一条很好的途径，成为目前光催化技术的研究热点[3.4]。

2非金属阴离子修饰

阴离子表面修饰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催化降解茜素红水溶液，结果表明，SO42-/ TiO2对茜素红水溶液具有较强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。颜秀茹等[4]采用共沉积—浸渍法制备了SO42-/ TiO2-SiO2，并用XPS、IR等对该催化剂进行了表征，说明SO42-/ TiO2-SiO2具有固体超强酸结构，由于该酸中 S=O 键具有很强的诱导效应，使得表面Ti4+的L酸性增强；当SO42-/ TiO2-SiO2吸附少量水时，水分子中 H+易解离出来而形成B酸中心，并且，SO42-/ TiO2-SiO2表面上这两类酸中心很容易相互转化，使其表面的酸度增强，其结果就有利于TiO2导带上的光生电子向表面迁移，会导致光生电子与空穴的分离，从而提高了光催化反应速率，增大了SO42-/ TiO2-SiO2光催化降解甲基橙的活性.

Gomez 等[5]采用硫化溶胶—凝肢技术制备了硫化的TiO2光催化剂，首先用溶胶—凝胶法制备了纯TiO2，然后用5 mL的0.5 mol/L硫化铵溶液浸渍，搅拌3h后干燥，600 °C在动态空气中锻烧3h便得到硫化的TiO2，测得硫含量为ω（S）=0.59%。实验表明，硫离子使TiO2的禁带宽度变小，且能抑制锐铁矿向金红石相的转变，硫离子修饰TiO2催化剂在紫外光下催化降解2，4-二硝基苯肢的活性高于纯TiO2.。戴文新等口[6]利用提拉法在载片上制得含有卤素离子的 TiOz-X 薄膜样片，研究了不同 X- 浓度对 TiO2 薄膜光致亲水性的影响，结果表面， TiO2-Im薄膜的表面0含量和表面起基数都较纯TiO2薄膜发生了变化，说明I-可能与 TiO2 发生了化学作用，并从TiO2薄膜光致亲水性的作用机理及卤素离子的化学作用解释了X-对TiO2薄膜光致亲水性的影响。

3离子修饰 TiO2的机理

金属阳离子和非金属阴离子修饰都能使TiO2的光吸收边向可见光方向移动，因此离子改性TiO2使得光催化剂的结构和光催化性能显著改善，是提高光催化降解有机污染物的效率主要原因[7]。虽然，人们提出了很多掺杂光催化反应机理，但归纳起来 基本认为外界离子掺入 TiO2后，都改变了TiO2相应的能级结构，即形成了新的掺杂能级。因为掺杂能级在TiO2禁带中的位置不同，一般金属离子掺杂形成的掺杂能级在靠近TiO2导带的位置，而非金属阴离子掺杂形成的掺杂能级在靠近TiO2价带的位置。掺杂能级可以接受TiO2价带上的激发电子，或者吸收光子使电子跃迁到TiO2的导带上。由于掺杂能级处于禁带之中，使长波光子也能被吸收，从而扩展了TiO2吸收光谱的范围。但是，关于掺杂能级的形成机理还没有达成共识。另外，掺杂的离子也会成为电子—空穴的复合中心，不利于催化剂的光催化活性，因此掺杂离子存在一个最佳掺杂

浓度。

4.结束语

纵观近年来光催化技术的发展，TiO2在功能材料及三废处理等方面发挥出它极大的优势，无论在基础理论研究还是在实际应用方面都有着长足的发展。但是，目前TiO2光催化技术还存在下列问题： （1）量子效率低（4%左右）； （2）太阳能利用率低 ；（3）使用寿命不够长；（4） 光生电子还原能力较弱、单位 时间内处理的废水量小且散度低等.围绕这些问题，经过国内外专家的不断努力，开拓创新，另外，由于TiO2本身具有优异的光催化特性、抗光腐蚀、耐酸 碱腐蚀、无毒、价廉等优点使其在实际应用方面有着十分诱人的应用前景，为光催化技术在化学合成、污水处理、环境保护、太阳能利用等方面实际应用奠定可靠基础。

参考文献：

[1] 崔玉民，韩金霞.光催化降解水中有机污染物研究现状与展望[J J. 燃料化学学报， 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 催化降解菌素红水溶液[J J. 中国环境科学，2003 ，23（5）：535

[4] 颜秀茹，白天，韩芳，等. SO42-?/TiO2-SiO2 的制备及对甲基橙的光催化降解[1].无机化学学报， 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，王緒绪，付贤智，等.卤素离子对 Ti02 薄膜光致亲水性的影响[J J. 物理化学学报， 2005 ，2 1（11） ：1 274-1 279.

[7] 苏文悦，付贤智，魏可筷. SO42-表面修饰 TiO2 结构及其光催化性能的影响[J J. 物理化学学报， 2001 .17 （1）：28