光催化剂TiO2改性的常用方法报告人李艳平12月30日
TiO2纳米材料的改性及其光催化性能研究
TiO2纳米材料的改性及其光催化性能研究TiO2是一种广泛应用于光催化领域的半导体材料，其广泛应用主要归功于其良好的化学稳定性、光催化性能和较低的成本。
然而，TiO2的光催化活性主要集中在紫外光区域，限制了其在可见光范围内的应用。
因此，对于纳米TiO2材料的改性研究变得尤为重要，以提高其可见光催化性能，并扩大其应用范围。
研究表明，改性TiO2纳米材料可以通过掺杂、表面修饰以及复合等方法来实现。
其中，掺杂是最常用的改性策略之一。
通过引入铁、氮、碳等元素来改变TiO2的能带结构，可以使其光催化活性发生显著改善。
铁掺杂的TiO2在可见光催化领域具有良好的应用前景。
研究发现，铁掺杂的TiO2具有更窄的能带间隙，能够吸收更多的可见光，并产生更多的电子-空穴对，从而提高催化活性。
同时，还有研究表明，通过调节铁掺杂浓度和制备条件，可以进一步提高光催化性能。
表面修饰也是改性TiO2纳米材料的重要策略之一。
常见的表面修饰方法包括溶液热处理、沉积溶胶、负载其他半导体等。
例如，通过溶液热处理可以在TiO2表面形成一层导电聚合物薄膜，改善其可见光催化性能。
通过沉积溶胶可以在TiO2表面引入二氧化铕、氧化亚铜等光敏剂，增强其可见光催化活性。
此外，将其他半导体负载在TiO2纳米材料上，可以通过协同作用来提高光催化性能，例如Pt-TiO2和Ag-TiO2等复合材料。
此外，纳米TiO2的复合改性也是提高其光催化性能的重要手段之一。
常见的复合改性方法包括纳米TiO2与碳材料的复合、纳米TiO2与其他半导体的复合等。
例如，将纳米TiO2与石墨烯、碳纳米管等碳材料复合，可以通过增加可见光吸收和电子传输来提高光催化性能。
此外，将纳米TiO2与ZnO、CdS等其他半导体复合，也可以通过异质结构的形成来提高光催化活性。
综上所述，纳米TiO2材料的改性研究对于提高其光催化性能以及拓宽应用领域具有重要意义。
掺杂、表面修饰和复合是常用的改性策略，通过这些方法可以有效地调控纳米TiO2的能带结构、光吸收性能和电子传输性能。
纳米TiO2光催化剂的改性研究
纳米TiO2光催化剂的改性研究崔赟璐;曹长春;左金星【摘要】纳米TiO2作为光催化剂,由于其化学性质稳定、无毒、成本低和抗光腐蚀等优点在环境净化领域中有着广泛应用,而针对其光生电子-空穴复合率高,对可见光吸收率差,光催化效率不高等问题,科研人员致力于TiO2光催化剂的改性研究.综述了纳米TiO2光催化剂改性的研究进展,介绍了改性的不同方法,其中包括贵金属沉积、复合半导体、金属离子掺杂、非金属掺杂、共掺杂、表面光敏化等,并提出了TiO2光催化剂改性技术期待解决的问题和今后的研究方向.【期刊名称】《水科学与工程技术》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】3页(P76-78)【关键词】TiO2;改性;光催化【作者】崔赟璐;曹长春;左金星【作者单位】桂林理工大学环境科学与工程学院,广西桂林541004;桂林理工大学环境科学与工程学院,广西桂林541004;桂林理工大学环境科学与工程学院,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】X703.5光催化氧化是以n型半导体能带理论为基础，以n型半导体作催化剂的氧化过程。
n型半导体具有特殊的能带结构，一般由充满电子的低能量价带（VB）和空的高能量导带（CB）构成，价带和导带之间被一个禁带区域隔开。
锐钛矿型TiO2的带隙为3.2eV，光催化所需入射光最大波长为387nm［3］。
TiO2光催化氧化机理如图1所示，当被高于半导体TiO2的禁带宽度的紫外光照射时，TiO2价带电子被激发，越过禁带跃迁到导带，在导带上产生带负电的高活性电子（e-），在价带上留下带正电荷的空穴（h+），导带上的电子具有强还原性，光生空穴具有强氧化性，从而形成了具有高度活性的光生电子-空穴对［4］。
这些电子和空穴迁移到粒子表面后，由于空穴的氧化能力，会使吸附在催化剂表面的水分子失去电子，生成氧化能力很强的羟基自由基（·OH）或者·HO2等强氧化剂。
由于光生电子的还原能力，使催化剂表面的溶解氧（O2）生成高度还原活性的超氧负离子（O2-），作为羟基自由基（·OH）的另一种来源。
纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究
纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究近年来，纳米材料在化学、生物、环境科学等领域中得到了广泛的研究和应用。
其中，纳米二氧化钛（TiO2）作为一种重要的光催化剂，具有高效、可再生和环境友好等特点，在环境净化、能源产生和分解有机物等方面具有广阔的应用前景。
本文将重点探讨纳米TiO2光催化剂的制备方法、改性途径及其应用研究。
一、纳米TiO2光催化剂的制备方法一般来说，制备纳米TiO2的方法可以分为物理法和化学法两类。
物理法主要采用物理化学方法，如溶胶-凝胶法、热分解法、气相沉积法等；化学法则是指溶胶法、水热法、反应混合物法等。
这些方法不仅能够控制纳米颗粒的尺寸和形貌，还能够改变其相结构和晶格缺陷，以调控纳米颗粒的光催化性能。
二、纳米TiO2光催化剂的改性途径为了提高纳米TiO2的光催化活性和稳定性，许多研究者通过改性方法对其表面进行处理。
常见的改性手段包括：掺杂、复合、修饰以及载体的选择等。
掺杂是指将一些金属、非金属元素掺入TiO2晶格中，以调控其能带结构和电子结构，提高光吸收范围和载流子分离效率；复合是指将TiO2和其他半导体材料复合，形成异质结构，提高光生电子-空穴对的分离效果；修饰则是在TiO2表面修饰一层活性物质，如负载金属催化剂、有机染料等，以增强其吸附能力和活性；而载体的选择则常常可以通过介孔材料或纳米载体来限制纳米颗粒的再聚集和增加其比表面积。
三、纳米TiO2光催化剂的应用研究纳米TiO2光催化剂在环境净化、能源产生和有机物降解等方面具有广泛的应用前景。
在环境领域，纳米TiO2光催化剂可以应用于有害物质的分解和废水的处理。
例如，通过纳米TiO2光催化剂的作用，可以分解空气中的甲醛、苯等VOCs （挥发性有机物），从而净化空气。
在废水处理方面，纳米TiO2光催化剂可用于分解废水中的有机物以及去除重金属离子等。
在能源产生方面，纳米TiO2光催化剂可以用于光电子设备的制备。
纳米TiO2颗粒作为光吸收剂，在光电子器件（如光电池）中具有重要的作用。
TiO2光催化剂的掺杂改性及应用研究进展
TiO2光催化剂的掺杂改性及应用研究进展TiO2光催化剂的掺杂改性及应用研究进展随着环境污染问题的日益严重，寻找高效、低成本的环境治理技术成为当今科研的热点之一。
在这种背景下，光催化技术作为一种具有较高效能的环境净化技术逐渐受到人们的关注。
其中，TiO2作为光催化剂具有广泛的应用前景。
然而，纯TiO2在光催化反应中存在着一些限制，如窄带隙、光生电子-空穴对的迁移率低等。
为了解决这些限制问题，人们进行了大量的研究，其中掺杂改性是一种有效的方法之一。
通过对TiO2晶格进行掺杂可以调节其能带结构，提高光吸收能力、光生电子-空穴对的分离效率等，从而增强其光催化性能。
常用的掺杂元素包括过渡金属、非金属元素和稀土元素等。
其中，过渡金属如V、Fe、Co、Ni等的掺杂对TiO2的光催化性能改性效果显著。
例如，V掺杂可以增加TiO2的可见光吸收能力，进而提高光催化活性。
非金属元素如N、C的掺杂可以有效地减缓光生电子-空穴对的复合速率，有助于提高光催化反应效率。
稀土元素的掺杂则可通过能带结构调节、缺陷生成等方式来改善TiO2的光催化性能。
掺杂改性仅仅是提高光催化剂性能的一种手段，除此之外还有其他的改性方法。
光催化剂的形貌调节、光吸收杂化剂的引入、表面修饰等都是常用的改性途径。
例如，通过合理地调节TiO2的形貌，如纳米棒、纳米管等，可以增加其比表面积，提高光催化反应活性。
同时，引入光吸收杂化剂如石墨烯、量子点等也是一种有效改性方式，可以提高光吸收和光生电子-空穴对的分离效率。
此外，通过表面修饰，如金属纳米颗粒、聚合物修饰等方式，也可以改善光催化剂的性能。
在应用方面，TiO2光催化剂被广泛应用于环境污染治理、能源转化等多个领域。
以环境污染治理为例，光催化剂可以应用于水处理、废气净化等方面。
在水处理中，光催化剂能够降解有机污染物、抑制细菌生长等。
在废气净化方面，光催化剂可以降解甲醛、苯等有害气体，净化空气。
此外，光催化剂还可以应用于光电催化电池、太阳能电池等能源转化领域。
TiO2光催化剂改性方法研究进展
其 光催化 效率 比 Ｔ ｊ Ｏ。 有 了显 著提 高 。之后 ， 相关 研究
不 断深 入 ， 人 们发 现 卤素掺 杂均 可不 同程度 提高 Ｔ ｉ Ｏ 光 催化 活性 ， 其 中研 究 最 多 的是 Ｆ 一， 其次 是 Ｉ 一、 ｃ ｌ 一， 而Ｂ ｒ 研究 很 少 。研 究 Ｎ、 Ｓ 、 Ｐ、 Ｃ掺 杂时发现 ， Ｎ替位
金 属离子 是 电子 的有 效 接 受 体 ， 可 捕 获 导 带 中 的
电子 ， 减少 Ｔ ｉ Ｏｚ 表面 光生 电子 ｅ 一 和 光生 空 穴 ｈ 的复
合， 因此可使 Ｔ ｉ Ｏ 。 表面产生更多的 ・ ＯＨ和 ・ Ｏ ， 提
高其光 催化 活性 。 目前 用 于 改 性 Ｔｉ Ｏ 的金 属 离子 很
多， 女 Ｈ ： Ｆ ｅ 。 ＋、 Ｃ ｕ ＋、 Ｚ ｎ 。 ＋、 Ｃ ａ 。 ＋、 Ｃ ｏ 。 ＋、 Ｎｉ 。 ＋、 Ｃ ｄ ＋、
Ｃｒ 。 ＋ 、Ｇａ 。 ＋、Ｚｒ ＋、Ｎｂ ＋ 、Ｓｎ ＋ 、Ｓ ｂ ＋ 、Ｍ ｏ 。 ＋ 、Ｒｅ ＋、
式 掺 杂可 以使 Ｔ ｉ Ｏ 。 带 隙变 窄 ， 从 而明显 提高其 光催化 活性 ， 而 Ｓ因半径较 大很 难 进 入 Ｔｉ Ｏ。 晶格 、 Ｃ和 Ｐ的
近年来 ， 半 导体 多相 光 催化 氧化 技 术 作 为 一项 新 的污染 治理 技术 ， 因能耗 低 、 反应 条件 温 和 、 操作 简便 、
二次污 染少 而 日益 受到 重 视 。在 众 多 半 导 体材 料 中 ， Ｔ ｉ Ｏ。 光催化 剂具 有 催 化 活性 高 、 无选择性 、 可完 全 降
为此 ， 研究 者对 Ｔｉ Ｏ。 的 改 性 进行 了 大 量研 究 ， 发 ９ ０ ． Ｏ １ ９ ／ ６ ； 而 Ｚ ｎ 掺杂 则在 一定 程度 上 降低 了 Ｔ ｉ Ｏ 的
一种增强二氧化钛光催化剂可见光响应的改性方法[发明专利]
![一种增强二氧化钛光催化剂可见光响应的改性方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d966f46bc950ad02de80d4d8d15abe23482f03b8.png)
专利名称：一种增强二氧化钛光催化剂可见光响应的改性方法专利类型：发明专利
发明人：姜海波,李春忠,寿圣球,杨凯娜,戴月明,刘贺峻,张丽丽
申请号：CN202210163459.8
申请日：20220222
公开号：CN114570346A
公开日：
20220603
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种增强二氧化钛光催化剂可见光响应的改性方法。
该改性方法包括如下步骤：将包含有二氧化钛和乙二醇的混合物进行混合反应后所得的固体煅烧即可；混合反应的温度至少为197℃；混合反应的时间为2～5h。
该改性方法工艺简单、操作安全、能耗较低、适用范围广，非常适合大规模应用。
采用该改性方法制得的二氧化钛光催化剂与原始的二氧化钛光催化剂相比，可见光响应明显增强，在可见光照射下能高效降解水中的亚甲基蓝。
申请人：华东理工大学
地址：200237 上海市徐汇区梅陇路130号
国籍：CN
代理机构：上海弼兴律师事务所
更多信息请下载全文后查看。
纳米TiO2光催化剂改性方法研究进展
纳米TiO2光催化剂改性方法研究进展作者：吴江王松蒋德山来源：《当代化工》2016年第08期摘要：利用TiO2光催化剂进行工业废水处理是一种较为理想的水处理方法，现在制约其工业化应用的瓶颈是如何改进催化剂的效率。
介绍了TiO2的光催化反应机理；总结了提高TiO2光催化剂利用效率的五种主要方法：表面贵金属沉积、金属离子掺杂、半导体耦合、表面光敏化、非金属离子掺杂等。
随着科研工作者对TiO2光催化剂的不断研究与完善，光催化剂在环保领域会有一个美好前景。
关键词：光催化剂；TiO2；改性；纳米材料中图分类号：TQ 426 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）08-1934-03Abstract： Using TiO2 photocatalyst to treat industrial wastewater is an ideal water treatment method， and how to improve the efficiency of the catalyst is now restricting its industrialization. In this paper， TiO2 photocatalytic reaction mechanism was introduced； five kinds of main methods to improve TiO2 photocatalyst utilization efficiency were summarized， such as surface precious metal deposition， metal ion doping， semiconductor coupling，surface sensitization， non metal ions doping and so on.Key words： photocatalysis； TiO2； modification； nanophase materials近几年，随着我国经济的高速发展，工业废水、化工原料、等水污染问题越发突出，因此水处理技术越来越受到广泛关注。
纳米tio2光催化改性研究
纳米tio2光催化改性研究随着社会不断发展，环境污染已成为当今社会最严重的问题，其中尤其是污染物中组成有害有毒物质，对人类健康和环境造成了巨大的威胁。
随着人们对污染控制的不断加强，越来越多的技术也被开发出来控制和改善环境污染，光催化材料是其中一种。
尤其是近年来随着纳米材料的不断发展， TiO2作为一种强有力的光催化剂，通过其可活性的反应表面，具有良好的催化光催化效率，从而得到了广泛的应用，其中包括控制大气污染物，如二氧化硫、氮氧化物和VOC等。
TiO2的光催化性质TiO2是一种无机酸化物，具有优良的光催化性能和稳定性。
它可以在可见光、紫外光、近红外和极紫外光谱范围内，具有很高的固定性和稳定性，能够有效抑制污染物对环境的危害。
此外，TiO2还具有结构稳定性、耐腐蚀性强、耐高温、耐化学腐蚀性强、耐磨性好等特点。
此外，TiO2还具有很强的光稳定性，其光敏性可以调节和控制，满足不同的应用要求，例如，在可见光和紫外线辐射下，TiO2可以有效催化氧化反应，使污染物变得更加清洁和环保。
TiO2光催化改性研究随着TiO2光催化剂在污染控制领域的广泛应用，如何提高其光催化能力，提高污染物的去除率，促进污染物的氧化反应，减少有毒有害物质，并且降低光催化材料的性能和成本，已成为国际上激烈研究的热点。
为了满足上述目标，TiO2的结构、表面性质和光学性质都需要得到改变。
近来，研究表明，通过对TiO2表面进行改性可以大大提高TiO2的光催化性能。
首先，表面修饰可以有效提高 TiO2活性表面积，促进光催化剂的光反应，从而提高反应效率。
其次，表面改性可以改变TiO2的光学性质，增加其吸收Range，使其能够在可见光谱下催化反应，从而更有效地降低污染物。
此外，研究表明，TiO2的纳米态尺寸也可以非常有效地增加其光催化能力，并且使其具有更好的可操作性。
结论TiO2是一种独特的无机材料，具有优秀的光催化性能，它可以有效抑制污染物对环境的危害。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
B-TiO2（水热法)>B-TiO2(溶胶-凝胶法）>TiO2
沅
半导体耦合
TiO2-CdS Bi2S3-TiO2 TiO2-WO3 TiO2-SnO2 TiO2-MoO3 TiO2-Fe2O3
沅
共掺杂(TiO2）
Eu3+/Fe3+ Cu/N Ce/C N/Ce Ag/V 机理：Eu3+可以捕获电子，Fe3+可以捕获空
沅
Ag/SiO2/TiO2 薄膜样品
化学还原法制备Ag溶胶 溶胶-凝胶法制 备Ag/SiO2/TiO2薄膜
结果表明：1 层 Ag、1 层 SiO2保护介质层 的 TiO2薄膜光催化降解性能最佳，这主要 是由于Ag 的表面等离子体共振效应引起的 对紫外波段光的吸收增强了TiO2薄膜样品光 生电子-空穴的能力，而且 SiO2保护介质层 防止了Ag与TiO2直接接触后被氧化。
机理：Ag及AgI对可见光都有响应，其中Ag等离子体 共振效应产生电子-空穴，电子转移到TiO2导带从 而进一步反应生成·OH，而空穴与 AgI 反应中的 I–反应生成活性 I0，对有机物进行降解。
沅
Ag等离子体增强CdS-TiO2纳米管复合光催剂
半导体复合
优点：由于两种半导体不同的价带、导带 和带隙能不一致，从而降低了光生电子-空 穴的复合率，扩展了纳米 TiO2的光响应范 围，表现出较单一半导体更好的催化活性 。
为利用 Ag 核的表面等离子体共振效应并 且防止 Ag 被氧化而丧失其光学特性,在Ag 与TiO2间接枝上 SiO2层，最后再包覆 TiO2, 形成核壳结构后经煅烧制备了新型的载核 的空心微球材料。
沅
TiO2/AC协同效应
将TiO2粒子固定在活性炭的表面可以增强光催化反 应的速率，因为通过活性炭的吸收可以使TiO2的表 面形成局部的高的污染物浓度。然而，由于风速的 增加污染物的清除仍然会下降很快，这就导致了空 气处理能力的下降。
等离子体加强的化学沉积法（PEVCD）用高频电子 流轰击气体分子产生等离子体。能量,沉积温度, 降低
MCM-41，介孔材料（孔径可在2-10nm 范围内连续 调节），特点：比表面积大，高的热稳定性和强 吸收能力。
沅
掺杂贵金属
机理：因为这些贵金属的费米能级低于 TiO2,光引发的电子可以从TiO2的导带转移 到沉降在TiO2表面的金属粒子上，而光引发 的空穴还保留在TiO2的价带上。
活性顺序：Au/TiO2>Ag/TiO2~Pt/TiO2>TiO2
沅
阴离子掺杂
阴离子（N、S、或C)的P电子与O的2P电子 的混合使TiO2的价带边缘上移，因此缩小了 TiO2的带隙。与掺杂金属阳离子相比，阴离 子很少形成e-/h+的结合中心。
content
➢光催化的机理 ➢几种典型的光催化剂 ➢参考的中英文文献
学术关注度
沅
1.光催化材料TiO2
1.1 优点：价廉、无毒、化学稳定性好，紫外 光照下催化活性高。
应用有自清洁，新能源，有害材料的降解。 缺点：
（1）光响应范围窄。 （2）量子产率低 （以3）回T收iO，2颗而粒且细活，性难成沉分降易，损光失催，化不反利应于后其难
优点：可以扩展光响应范围，降低电子-空穴复合 率。通过改变光催化剂的形貌，如空心球、纳米 管/带、薄膜结构，使得材料既具有较高的光催化 活性，又易于分离。
沅
染料敏化
通过光激发敏化剂，然后敏化剂将电子转移到 T增i强O2的光导催带化上剂，的这活样性可。以并减且少染e料-/分h+子的的结性合质，、从而 T相i互O2纳作米用粒可子以的影性响质光以催及化染的料活和性纳。米粒子之间的
沅
Ag@AgI负载的酸蚀TiO2纳米带
酸蚀TiO2纳米带(水热法及硫酸水热) 具有可 见光响应的等离子体 Ag@AgI 负载的酸蚀TiO2纳 米带(沉积-沉淀法及光还原法)
结果表明：等离子体 Ag@AgI 负载的酸蚀 TiO2 纳米带，可见光照射 60 min 后对 MO 的降解率 高达100%。
波长小于或等于495nm的可见光可将CdS（ 2.42ev)价带电子激发，此时具有较低能量 导带的TiO2则作为光生电子的捕获器，可以 有效扩展复合光催化剂的光响应范围并延 长载流子的寿命，从而提高光催化活性。
沅
Ag@SiO2@TiO2空心球
核壳结构
TiO2粉体在实际使用中易团聚、难回收，选择 TiO2做壳层包覆制备的材料可以降低密度、增大 比表面积、提高催化活性而且易于分离
实际应用。
沅Hale Waihona Puke 光催化机理 导带底部的能级决定了光电子的还原能力，价带 顶部的能级决定了光生空穴的氧化能力。
沅
1.2改进方法
对TiO2粉体自身的改性或修饰，如离子掺杂、贵 金属沉积、半导体耦合、外加氧化剂助催化
新型等离子光催化材料：基于具有贵金属纳米颗 粒的表面等离子体共振效应的金属纳米颗粒与半 导体材料复合
穴，因此促进电子-空穴的分离，并且可以 使吸收红移。
沅
1.3等离子体光催化机理
（1）入射光的电磁场与金属纳米颗粒内的自由电子 耦合，从而显著增强TiO2光吸收，从而光催化活 性大大提高。
（2)由于金属Ag纳米颗粒的表面等离子体共振吸收 ，在吸收光子后被激活，部分拥有足够高能量的 自由电子可以脱离原子核的束缚，从而转移到其 它有机分子中或半导体材料中发生化学反应，从 而将有机分子降解
优点:光响应范围可以扩展到可见光区。 缺点：染料本身可能会降解或者形成需要进一步
处理的中间产物。 应用：光敏化电池、光解水制氢
沅
掺杂过渡金属阳离子
机理：过渡金属离子可以在TiO2的带隙中提 供额外的能级。电子从这些能级转移到TiO2 的导带比不修饰的TiO2需要更低的光能。
缺点：掺杂的高浓度的金属离子也可能成 为e-/h+的结合中心，影响光催化的效率。
实验中处理甲醛，结果表明清除甲醛的反应速率可 以提高，处理的空气量也可以增加，光催化氧化和 低温等离子体的结合表现出协同效应。当风速增加 时，光催化反应会从扩散控制过程转变为光催化反 应控制过程，此时这种协同效应变的越来越明显。
沅
TiO2/MCM-41 (PECVD)
通过等离子体加强的化学气相沉积方法，将TiO2 覆盖在MCM-41的表面。