隨著全球環境問題日益嚴峻和環境標準的不斷提高,半導體多相催化技術以其廉價高效、有機物礦化程度高等優點,在處理難降解有機污染物和凈水深度處理方面發揮著越來越重要的作用。TiO2(俗稱鈦白粉) 是一種重要金屬氧化物半導體材料,具有化學穩定性好、催化活性強、廉價無毒、耐光腐蝕、對有機污染物選擇性小和礦化程度較高等特點,其光催化性能和化學穩定性優于ZnO、WO3 和CdS 等其他光催化劑。自1972 年Fujishima 等[1]發現TiO2作為光催化劑可用于分解水產氫以來,關于TiO2 在有機物降解方面的研究也逐漸深入,成為環境領域研究的熱點。
TiO2 有板鈦礦、金紅石和銳鈦礦三種晶型,其中用于光催化的主要有兩種晶型,即銳鈦礦型和金紅石型。由于TiO2 禁帶寬度較大,最具光催化活性的銳鈦礦型帶寬Eg 為3.2~3.5 ev,僅在波長小于387 nm 的紫外光照射條件下表現較好的反應活性和穩定性。紫外光在太陽光成分中所占比例僅為3%~5%,從而極大地限制了TiO2 對太陽能的利用率。另外,光激發產生電子與空穴的簡單復合率較高,導致量子利用率低,也制約著TiO2 光催化效率的大幅提高。為了解決TiO2 光催化劑存在的上述問題,提高可見光催化效率,除了考慮半導體光催化劑自身性質(如晶型、粒徑以及焙燒溫度等)對光催化活性影響外,人們對TiO2 光催化劑進行了大量的改性試驗研究。
本文主要從兩個方面討論TiO2 光催化劑改性研究,一是對TiO2 進行摻雜改性,如金屬、非金屬摻雜和半導體復合等;二是考慮到納米TiO2 顆粒小、易流失、難分離等特點,負載型TiO2 光催化劑的開發研究不僅解決了催化劑回收利用問題,同時也有效改善了懸浮相中納米TiO2 顆粒團聚現象,提高了光源利用率, 因此成為TiO2 光催化劑改性研究的另一熱點問題。 |