tio2光電催化文獻綜述

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1、TiO2光電催化文獻綜述摘要：TiO2光電催化是一種電化學輔助的光催化反應技術(shù)，通過施加外部偏壓減少光生電子和空穴的復合，從而提高其量子效率。本文綜述了TiO2光電催化的原理，納米TiO2薄膜電極的制備方法，討論了影響光電催化的因素，并提出了存在的問題和將來的發(fā)展方向。關鍵詞：TiO2，光電催化，應用，進展20世紀90年代以來，TiO2多相光催化在環(huán)境保護領域內(nèi)的有機、無機污染物的去除方面取得了較大進展，被認為是一種極具前途的環(huán)境污染深度凈化技術(shù)。TiO2因其光穩(wěn)定性高、化學性質(zhì)穩(wěn)定、難溶、無毒、成本低、具有高效性

2、，被廣泛用于光催化法處理有機或無機廢水。但是由于TiO2的禁帶寬度較寬(3.2eV)，僅能被波長較短的紫外線激發(fā)，故使得太陽能的利用率很低。另外，由于光激發(fā)產(chǎn)生的電子與空穴的復合，導致光量子效率很低，為了克服這些缺點，近年來，離子修飾TiO2是提高其光催化活性的一條很好的途徑，成為目前光催化技術(shù)的研究熱點。但在實際的研究應用中，TiO2光催化存在3個比較明顯的問題：(1)光催化劑受光照射后產(chǎn)生的電子空穴對復合概率較大，因而光子利用效率較低，光催化活性不高。(2)納米TiO2用于光催化劑時，在既保持高的催化活性又滿足

3、特定材料的理化性能要求前提下，難以在不同材料表面均勻且牢固地負載催化劑，使催化劑不易分離。(3)納米TiO2只能吸收太陽光中波長小于387nm的紫外線部分,太陽能利用率低近年來，基于光催化發(fā)展起來的光電催化技術(shù)有望解決上述問題，已經(jīng)受到廣泛的關注和研究[1]。光電催化技術(shù)以納米TiO2固定在導電基材上，采用電化學輔助方法，能有效促進TiO2光生電子-空穴對的分離，提高其催化效率，解決催化劑固液分離問題，因而倍受關注。光電催化技術(shù)的研究目前主要集中在具有良好光催化性能的TiO2膜電極的制備、光電催化反應器的設計以及影

4、響催化電解條件的因素等方面。1光電催化原理當能量大于或等于TiO2帶隙能的光照射時，TiO2吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對，經(jīng)過禁帶向來自溶液或氣相且吸附在其表面的物種轉(zhuǎn)移電荷。空穴奪取顆粒表面吸附物或溶劑中的電子，與供給電子的物種結(jié)合，使該物種(常為有機污染物)被氧化，電子受體(通常是水溶液中的氧)接受表面電子被還原。但同時，電子-空穴在表面和內(nèi)部可以發(fā)生簡單復合，降低其光催化效率。光電催化可提高光催化效率，電極作為TiO2的載體，可避免催化劑的分離，有利于重復使用。光生電子在外加陽極偏壓作用下向?qū)﹄姌O方向運動，避免光

5、生電子-空穴簡單復合，提高其對廢水的光催化效率。2光電催化技術(shù)研究2.1納米TiO2薄膜電極的制備光電催化系統(tǒng)中，負載TiO2的電極作陽極，對電極一般是金屬電極，參比電極可以是飽和甘汞電極或氯化銀電極。對電極和參比電極一般為商品材料，TiO2薄膜電極需制備。TiO2薄膜電極的制備通常以導電基材如活性炭、鈦板、泡沫鎳、半導體氧化物ITO膜、導電玻璃、不銹鋼片等作載體，常用的方法有陽極氧化、涂覆法和溶膠-凝膠浸漬提拉法等，為進一步提高其光電催化效率，有時還對薄膜進行金屬離子或貴金屬摻雜。J.Matos等[2]以活性炭為

6、基材，PTFE為膠粘劑制得TiO2/活性炭薄膜電極，并研究了對苯酚水溶液的光電降解效率。T.A.Egerton等[3]同樣摻雜活性炭制備二氧化鈦的碳電極，并且修改溶膠-凝膠法的路線，通過降解草酸鈉溶液，獲得了最高的光電流和最高的催化活性。I.Losito等[4]通過X射線光電子能譜(XPS)分析表征了復合二氧化鈦-聚偏二氟乙烯(PVDF)膜應用于開發(fā)光催化降解污染物，用于農(nóng)藥合成光催化降解，PVDF-TiO2膜也在異丙隆(一種除草劑)上有初步的光催化降解實驗，在太陽紫外光照射下，二氧化鈦光催化效率的固定化的健全和完

7、善起到了很大的作用。K.Zakrzewska等[5]進行了貴金屬/二氧化鈦納米金屬陶瓷的光電催化應用，實驗表明它提高了TiO2光電陽極的光譜特性，得出SPR與貴金屬微粒的密度、尺寸和分布有關。M.M.Rahman等[6]用溶膠-凝膠法制備純凈的鉛摻雜二氧化鈦薄膜并研究其光學特性及光譜研究X射線電子能譜。Wang等[7]采用水熱法制備不同稀土元素(Eu、La、Nd、Pr、Sm)摻雜TiO2納米粒子,進行了表征，光電化學以及光催化性能。結(jié)果表明，La的最佳值(ca.0.5%)能使速率常數(shù)(k)、平均初始率達到最大值。L

8、i等[8]采用激光輔助溶膠凝膠法制備了TiO2/Ti電極，并測定了電極上光響應電流與廢水COD間的關系，結(jié)果表明，光電流與COD成正比。Quan等[9]首先在Ti片表面氧化形成TiO2薄層，采用光還原沉積摻雜制備了Pt-TiO2/Ti電極，并研究了光催化、電解氧化和光電協(xié)同作用降解染料。侯桂芹等[10]采用溶膠凝膠法，在導電玻璃上制備了納米ZnFe2O4和T