辜永红，尹洪剑

（1.重庆市光电功能材料重点实验室，重庆 401331；2.重庆电子工程职业学院电子与物联网学院，重庆 401331）

0 引言

在能源日趋减少的背景下，目前由于金属材料的腐蚀，为世界能源带来了巨大的损失，追求更优质的环境、更高的性能以及更长期有效的防腐技术是目前理论研究领域的重大课题。早在上世纪90年代，日本 Tsujikawa 研究团队首次提出后，东京大学Fujishima和Honda两位教授开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。从此，越来越多的科研工作者投入到如何提高TiO2催化效率的研究[1-4]。

二氧化钛（TiO2）是一种重要的宽禁带氧化物半导体材料，拥有优良的光催化性能，不发生光腐蚀和化学腐蚀，所以二氧化钛（TiO2）受到环境净化领域的热捧。首先，TiO2禁带宽度为3.230eV（宽带隙半导体），只能吸收紫外光（波长小于387nm），对可见光的利用率偏低（太阳能利用率约4%）。其次，在暗态下，光生电子（e-）和光生空穴（h+）同时被激发，但复合速度太快，量子效率被大大降低。因此，研究团队们投入各种让TiO2吸收边扩展至可见光范围的方法研究中，以此达到提高TiO2的催化效率的目的。2001年Asahi等人[5]通过氮元素掺杂TiO2，结果表明掺杂N后TiO2的光催化活性得到了一定程度的改善。研究人员开始对TiO2进行单原子掺杂。大多数研究者掺杂采用金属元素替代少量Ti原子；或者用非金属原子替代O原子进行掺杂。随着第一性原理计算方法的飞速发展及计算机计算速度飞跃，加之海内外学者投入大量精力研究TiO2光催化活性的改善问题，自日本学者Y.Nakano开始该研究领域后，世界范围随之进入广泛探索研究[6-12]。……