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异相光催化原理、TiO2光催化剂的应用和

研究进展

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66?材料导报2009年5月第23卷专辑XⅢ 异相光催化原理,TiO2光催化剂的应用和研究进展 宋彦宝,刘保顺

(武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070)

摘要从光吸收过程,表面态光生载流子的俘获和光催化量子效率方面详细地阐述了光催化机理,并概述了Ti02

系光催化剂在环境物质净化处理和太阳能转换利用等.最后总结了TiO2系光催化剂的研究现状,如掺杂改性,合成介孔 尺度的纳米结构TiO等. 关键词TiO2光催化掺杂应用 中图分类号:TQ13文献标识码:A

PrincipleofHeter0gene0usPh0t0catalysis,ApplicationsofTi02 PhotocatalystandItsResearchDevelopment SONGYanbao.LIUbaoshun

(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070)

AbstractThephotocatalysisisillustratedindetailfromtheviewpointoftheoptic

alabsorption,thetrappingof

photoinducedcarriersandthequantumefficiency,andtheapplicationsoftheTi()2photocatalystsinpollutedwaterorair

cleaningandsolarenergyconversionaresummarized.Finally,thecurrentresearcheswithrespecttotheTi02photocatalysis

aresummedup.Recently,thedopedandphotocatalystswithnanostructurehavebeenstudiedextensively.

KeywordsTiO2,photocatalysts,doped,application

2O世纪7O年代,Honda—Fujishima效应的发现标志着半 导体多相催化新时代的开始l1],预示了Ti()2在能源和环境 领域的应用前景.作为一种多功能半导体材料,TiO光催化 效应引起了各国政府和科学界的极大关注.很长一段时间 内,人们主要以研究TiO粉末光催化剂为主_2],随着研究的 不断进展,介孔材料[3],纳米线[阳和纳米管等其他形态的 TiO.粉体光催化活性材料的研究也活跃起来.为了提高和 改善Tj0.的催化性能,科学家又发明了多种方法来制备锐 钛矿TiO:粉体],为TiO光催化的实际应用和理论研究 奠定了基础.基于TiO粉体的应用已较多,人们已经对其 它载体负载的TiO光催化现象作了研究,用作污水和空气 净化处理j.

目前,光催化研究主要在于提高催化效率和高效响应可 见光,如F,N,C,S,V,Fe,Nb和一些稀土元素等许多非金属

和金属元素掺杂光催化剂,实验研究表明非金属元素掺杂的 TiO的可见光催化活性和稳定性要优于金属元素掺杂的 TiO._】”“].另外,近年来,具有非金属一非金属,非金属一金属 和金属一金属共掺杂形式的TiO也引起了人们的广泛关 注lI”].研究发现,由共掺杂导致的协同效应可进一步提高 光催化活性和利用可见光.Ti0薄膜具有透明性和耐久性 等特点,用于清洁玻璃可使建筑装饰真正”生态化”.人们已 经用各种方法在一定的基体上制备了【)2薄膜口’”],并研 究其光催化性能,使其展现出广阔的应用前景. 1半导体光催化作用原理

TiO光催化技术是半导体异相光催化的一种,一般认为 异相光催化的初始过程是基于半导体的光吸收产生电子一空 穴对这样1个单光子的过程.通过吸收1个光子,在Ti02 的导带和价带中产生1个电子空穴对,产生了光生电子和空 穴以后,在内建电场的作用下,这些载流子会分离,它们的命 运包含各不相同的几个退激活过程,如复合过程和俘获过 程.其中图1中所示的俘获过程在光催化中是相当重要的. 图1光照条件下半导体内载流子激发和退激活过程 Fig.1Schematicphotoexcitationinasolidfollowedby deexcitationevents

*国家自然科学基金资助项目(50772085)

宋彦宝:男,1978年生,讲师,研究方向为光电子信息材料