【摘 要】
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TiO2 因其具有优良的光催化性能,在环境有机污染物去除、光分解制氢等领域具有广阔的应用前景,因而在过去的几十年里,成为最受亲睐的光催化材料。然而,TiO2 光响应限于仅占太阳光总能量4％的紫外光,光量子产率低(一般低于10％),这些局限性制约了它更广泛的实际应用。为此,人们对TiO2 改性进行了很多探索性研究,目前主要通过过渡金属离子和一些非金属离子掺杂、贵金属和窄带隙半导体材料与其复合等方法实
【机 构】
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中国科学院新疆理化技术研究所 环境科学与技术研究室 乌鲁木齐 830011;中国科学院大学 北京 100049
【出 处】
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第十四届全国太阳能光化学与光催化学术会议
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TiO2 因其具有优良的光催化性能,在环境有机污染物去除、光分解制氢等领域具有广阔的应用前景,因而在过去的几十年里,成为最受亲睐的光催化材料。然而,TiO2 光响应限于仅占太阳光总能量4％的紫外光,光量子产率低(一般低于10％),这些局限性制约了它更广泛的实际应用。为此,人们对TiO2 改性进行了很多探索性研究,目前主要通过过渡金属离子和一些非金属离子掺杂、贵金属和窄带隙半导体材料与其复合等方法实现对太阳光的宽谱吸收。近期研究发现,TiO2 中Ti3+和氧空位缺陷的存在很大程度地提高了其可见光响应,相应的合成与应用研究成为了TiO2 光催化领域的热点并取得了一定的进展。这种自掺杂改性方法不仅可避免额外元素(杂质)的引入,减少了可能带来的环境问题,促进金属氧化物(TiO2)“缺陷工程”的发展,也为金属氧化物缺陷化学的认识提供了新的视角。目前,将Ti3+和氧空位(如：Ti/O 原子的重排)引入TiO2 纳米晶材料中的方法大体可分两类：“粒子还原法”和“粒子氧化法”。其中,高温氢化法、化学气相沉积法、光电化学法、高能激光、电子或Ar+轰击等还原法能调节缺陷浓度及分布,但从实践角度看,这些方法仍然具有高能耗、多步骤和合成条件苛刻等方面的局限性；氧化法中,TiH2、TiO、Ti2O3 和Ti 可作为前驱体合成Ti3+自掺杂TiO2,其合成方法相对简易,光催化性能也有极大的提高。对于TiO2 中Ti3+和氧空位的检测,目前主要采用XPS(X 射线光电子能谱)和EPR(电子顺磁共振)技术。其中XPS 能表征TiO2 中Ti3+的存在和数量,但由于其探测深度＜10nm,因而只能提供表面Ti3+结构；EPR 可作为XPS 技术的补充,能够有效提供TiO2 中Ti3+和单电子捕获氧空位(Vo●)的相关信息。尽管目前TiO2 的缺陷化学领域中的相关研究取得了一定的进展,但Ti3+/氧空位自掺杂方面仍然存在诸多需要进一步解决的难题,如定义Ti3+/氧缺陷局域微结构的本性,理解这些缺陷的作用机制等。因此,此类基础科学问题的有效解决对高活性自掺杂TiO2 缺陷的可控设计合成与更广泛应用具有重要的理论价值和指导意义。
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