朱海霞

(盐城师范学院 物理与电子工程学院，江苏 盐城 224051)

0 引 言

二氧化钛(TiO2)利用光照可以用于多种污染物的降解及水的净化和分解，由于其绿色无污染，成为一种理想的光催化材料。可以说TiO2唯一的缺陷就是只能被太阳光谱中的紫外部分所辐射激发。为了提高TiO2材料的可见光催化吸收，如何将把TiO2的固有带隙宽(～3.2 eV)调整可见光激发带隙值(～2.0 eV)是一项非常有意义的工作[1-2]。而对TiO2进行各种掺杂以达到降低TiO2的有效带隙是一种常用的方法。由于TiO2的价带顶(VBM)主要由O-2p轨道态构成，所以非金属元素常选用那些p轨道能量高于O-2p轨道的非金属元素如B，N，C等[3-5]。而非金属元素C的掺杂尤其受到广泛关注[6-7]。有理论和实验结果都发现C掺杂锐钛矿TiO2体系可以减小其有效光学带隙值约0.45 和1.05 eV[8]。 Valentin 等人用第一原理计算对C掺杂TiO2的性质也进行详细研究[8-9]。发现C掺杂引入带隙态增强了TiO2的可见光吸收。然而，单掺会存在一个严重的问题，即局域间隙态是被电子部分占据态[7]，这部分占据的带隙态会成光催化过程的新的电子-空穴复合中心，而这些复合中心的存在，会减缓并减少光生电子向TiO2表面迁移并参与光催化反应，从而降低TiO2光催化量子效率。为了克制这种复合中心，一种有效的方法就找到一种方案可以让这些单掺局域间隙子带成为满电子占据态。其中补偿共掺杂法已被广泛认识到。所谓补偿共掺杂法就是使用过渡元素(如：Nb、Mo、Cr、Ta等)和非金属元素(N、S、B和C等)共同掺杂TiO2[10-11]。完全的电荷补偿只能发生在掺杂的阳离子和阴离子近邻结合的情况下，这种掺杂构型一般有着最低的总能量[12]。……