王 菠,萨嘎拉,徐爱菊

(内蒙古师范大学化学与环境科学学院,内蒙古自治区绿色催化重点实验室,内蒙古 呼和浩特 010022)

光催化已成为解决当前能源短缺和环境污染问题的有效途之一[1]。在有机物染物降解中[2],光催化技术可有效的将污染物彻底矿化为H2O、CO2、N2等小分子,从根本上消除对环境的二次污染[3]。

二氧化钛(TiO2)因无毒、性质稳定、氧化-还原可逆性强以及低成本,成为光催化材料的研究热点[4]。TiO2禁带较宽,只能吸收紫外光(<387 nm)辐射[5],而太阳光谱只有7%紫外光,50%可见光 [(400～760) nm)],43%红外光(>760 nm)[6]。通过形貌调控、优化结构、控制组成、元素掺杂、染料敏化以及调控能带等途径[7],拓宽TiO2光响应范围和抑制载流子复合,提高太阳光的利用率。

本文主要介绍TiO2结构和性能,TiO2改性方法和降解有机污染物活性,改性方法主要包括金属掺杂、非金属掺杂、共掺杂、半导体复合-异质结和染料敏化。

1 TiO2结构和污染物氧化机理

TiO2属于n型半导体,有锐钛矿(anatase)、金红石(rutile)和板钛矿(brookite)三种晶型,锐钛矿型和金红石型均属四方晶系,由TiO6八面体组成[3]。a-型TiO2是常用的半导体光催化材料,但结构不稳定,容易转变为r-型[6]。a-TiO2禁带宽度3.2 eV (387 nm),导带电位-0.5 eV,r-TiO2禁带宽度3.0 eV(410 nm),导带电位-0.3 eV[3],O2(O2/O2-标准电极电位-0.33 eV)吸附在锐钛矿a-型TiO2表面,容易得到导带电子,有效抑制了导带电子与价带空穴复合,进而提高光催化性能,光催化过程如下：

当光辐射能量hv大于禁带宽度Eg时,价带(VB)的电子激发到导带(CB),产生VB(eˉ)-CB(h+)对。溶解氧和水与VB(eˉ)-CB(h+)相互作用,最终产生·OH、·O2ˉ、·OOH具有强氧化性的自由基,把吸附在TiO2表面的污染物氧化。

2 TiO2改性方法和降解有机污染物活性

近年来将改性TiO2用于有机污染物光催化降解的文献报道很多,在拓宽其光响应范围和抑制载流子复合方面取得了很好的成果,部分成果总结见表1。……