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贵金属掺杂锐钛矿TiO2光催化性能的第一性原理研究

2021-08-16吴方棣杨自涛胡家朋李素琼

原子与分子物理学报 2021年3期
关键词:体系

吴方棣,杨自涛,胡家朋,李素琼

(1.武夷学院福建省生态产业绿色技术重点实验室,武夷山 354300;2.嘉应学院生命科学学院,梅州 514015)

1 引 言

TiO2作为最早开发利用的光催化材料,由于其廉价、无毒、化学稳定性好等优点,一直是光催化领域的首选.但由于其能带宽度较大(锐钛矿TiO2为3.2 eV),只能利用紫外光和对可见光的利用率低等缺陷,从而使其应用的成本较高,极大限制其在光催化过程的应用.因此减小能带宽度提高其对可见光的利用率一直是国内外学者研究的热点.

对TiO2进行掺杂改性是减小能带宽度,提高其可见光利用率的一个有效手段,在掺杂改性中,又以金属及其复合物的形式最为常见.李沙沙等[1],采用水热法制备了La、Co共掺杂的金红石相TiO2复合光催化剂,XRD测试表面掺杂没有改变TiO2的的晶型结构,仍为金红石相,但提高了TiO2表面缺陷浓度,有效的提高了材料的光催化性能.刘月等[2]对Y,La,Gd等16种稀土掺杂锐钛矿型TiO2进行了几何结构、掺杂能带、电子态密度等的理论研究,结果表明:Y,La,Gd,Lu,Ce,Eu,Yb和Tb掺杂有利于提高TiO2的光催化性能.Altomare[3]通过正十二烷基三甲基氯化铵预制稳定的金属(Pt、Pd、Au和Ag)纳米颗粒胶态悬浮液,让其在P25 TiO2分散液中沉积,制备得到不同金属掺杂的TiO2光催化剂.研究表明贵金属纳米颗粒的掺杂相当于电子陷阱,确保更好地分离光生电子对,从而提高空穴介导的氧化反应速率,有利于光催化氧化过程.Luo等人[4]采用溶胶-凝胶法制备了La/Fe/TiO2复合光催化剂.其制备的TiO2没有掺杂时为金红石相,掺杂La/Fe时为锐钛矿.La/Fe/TiO2复合光催化剂比纯的TiO2有更强的可见光响应能力、更大的比表面积和更规整的形貌;……

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