TiO2光电催化文献综述
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。
环境问题已严重影响现代文明的发展，有机污染物具有持久性的特点而长期威胁人类健康，开发和设计仅利用太阳能即可完成对有机污染物降解的新材料将会是解决环境问题的有效方法之一。
纳米TiO2作为一种光催化材料，具有优异的物理和化学性质，因而被广泛应用和重点研究。
本文就纳米TiO2材料的制备及其光催化性能展开探讨。
标签：纳米TiO2;光催化;制备方法;光催化效能引言半导体光催化技术是解决环境污染与能源短缺等问题的有效途径之一。
以二氧化钛为代表的光催化剂在染料敏化太阳能电池、锂离子电池、光伏器件以及光催化领域表现出明显的使用优势.但是TiO2本身的弱可见光吸收、低电导率、高载流子复合速率限制了其在工业生产中的进一步使用。
科技工作者一般通过掺杂、半导体复合、燃料敏化、表界面性质改性等方法提高TiO2的光电化学性能，使其能在生产实践中广泛应用。
1、TiO2材料简介TiO2在自然界中的主要存在形态为金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型，其中金红石是TiO2的高温相，锐钛矿和板钛矿两种形态是TiO2的低温相。
在三种晶型中光催化活性最好的为锐钛矿型TiO2。
锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV 与之对应的激发波长为387nm。
所以，TiO2作为光催化剂在紫外光条件下具有催化活性，在可见光下一般没有活性。
只有对它的结构进行改性，使它的禁带宽度得以缩小，才可以实现材料在可见光条件下的催化降解反应。
改性的方式目前主要有以下几种方法：通过改变晶体内部结构来改变催化剂禁带宽度的离子掺杂方法，通过形成异质结改变能带结构的半导体复合法，提高催化剂对光的吸收能力的表面光敏化法，增大催化剂比表面积使晶粒细化的负载载体法等。
光催化材料中电子e一和空穴h十的浓度会影响有机物的降解速度。
粒径的减小能够使表面原子增加，使光催化剂吸收光的效率显著提高，使其表面e一和h十的浓度增大，从而提高光催化剂的催化活性。
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》范文
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》篇一一、引言随着科技的不断进步和人类对环保问题的日益关注，光催化技术作为新兴的绿色技术领域受到了广泛的关注。
纳米TiO2复合材料作为一种高效的光催化剂，具有广泛的应用前景。
本文旨在研究纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能，为实际应用提供理论依据。
二、文献综述纳米TiO2复合材料因其独特的物理和化学性质，在光催化领域具有广泛的应用。
其制备方法、性能及应用已成为研究热点。
目前，制备纳米TiO2复合材料的方法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。
其中，溶胶-凝胶法因其操作简便、制备条件温和等优点备受关注。
而光催化性能的研究主要关注其对有机污染物的降解、抗菌性能及自清洁等方面的应用。
三、实验方法（一）实验材料实验中所需材料主要包括TiO2纳米粉体、表面活性剂、溶剂等。
所有材料均需符合实验要求，保证实验结果的准确性。
（二）制备方法本文采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2复合材料。
具体步骤包括：将TiO2纳米粉体与表面活性剂混合，加入溶剂进行搅拌，形成溶胶；然后进行凝胶化处理，得到凝胶；最后进行热处理，得到纳米TiO2复合材料。
（三）性能测试本实验通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的纳米TiO2复合材料进行表征。
同时，通过光催化实验测试其光催化性能，以降解有机污染物为评价指标。
四、实验结果与分析（一）表征结果通过XRD、SEM和TEM等手段对制备的纳米TiO2复合材料进行表征。
结果表明，制备的纳米TiO2复合材料具有较高的结晶度和良好的分散性。
（二）光催化性能测试结果以降解有机污染物为评价指标，对制备的纳米TiO2复合材料进行光催化性能测试。
结果表明，该材料具有优异的光催化性能，能够有效降解有机污染物。
此外，我们还研究了不同制备条件对光催化性能的影响，为优化制备工艺提供依据。
五、讨论本实验研究了纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能。
二氧化钛光催化性能
原理，致力提高光催化效率。
Fujishima和Honda的研究工作引起了人们对半导体在光作用下能否用于污染 控制的兴趣，而半导体光电化学的研究结果为开展这一工作奠定了基础。从七十年代
初期以来，国外许多学者竞相开展这方面的研究。1976年,J. H. Cary报道了TiO?水 浊液在近紫外光的照射下可使多氯联苯脱氯，注意到TiO2水体系在光照条件下可非
日常生活废水中含有大量的表面活性剂，这种废水不但容易产生异味和泡沫，而且 还会影响废水的生化。表面活性剂不但很难降解，有时还会产生有毒或不溶解的中间
体。研究证明，采用纳米TiO2催化剂分解表面活性剂可以取得较好的效果。虽然表面 活性剂中的烷基链较难完全被纳米TiO2催化剂氧化成CO2,但表面活性剂中芳环的破
纳米二氧化钛光催化性能的研究
摘要：介绍实验室制备金红石型二氧化钛的一种方法，并通过XRD扫描分析其相 态，经扫描电子显微镜观察所制备的二氧化钛的形貌和尺寸， 最后在紫外光照射下研 究其对有机物的降解。
关键词：制备；TiO2；纳米材料；光催化。
1
早在1929年人们就知道了涂料的“钛白”现象，即涂料中的二氧化钛能使颜料褪 色。后来的研究发现，造成这一现象的原因是TiO2的光敏化行为，即TiO2的光敏化引 起油漆中有机物粘合剂的光降解，从而导致尤其涂料的不稳定。20世纪70年代和80
TiO2膜光电催化氧化法降解印染废水的研究
第２ ６卷第 ３期 ２１ ０ ２年 ３月
化工 时刊
(完整版)TiO2光催化文献综述
ZnO/TiO 2 复合纳米纤维的制备及光催化性能研究文献综述1. 前言20世纪以来，科技的不断进步和工业的快速发展，在给人类带来舒适与便利的同时，也造成了环境的污染与恶化，给人类的健康和生活带来了潜在的危胁。
[1-3]在各种环境污染中，最普遍、最主要和影响最大的是化学污染。
因而, 有效地控制和治理各种化学污染物对构成人类生存最基本的水资源、土壤和大气环境的破坏是环境综合治理中的重点。
多年来人们一直在寻找和尝试治理环境污染的办法，比如物理法、化学法和生物处理法等[4-6]，但是都存在着不少缺陷。
因此，研究开发新型的化学污染处理方法有非常重要的意义。
光催化是纳米半导体的独特性能之一。
纳米半导体材料在光的照射下，通过有效吸收光能产生具有超强氧化能力和还原能力的光生电子和空穴，促进化合物的合成或使化合物（有机物，无机物）降解的过程称之为光催化[7]。
1972年，Fujishima 和Honda[8]首先发表了用TiO2作为光催化剂分解制氢的论文，这标志着光催化时代的开始，当时正值能源危机，因此利用光催化剂和太阳能制备氢气对缓解能源危机具有重大的意义，引起了科研学者的广泛关注，随后更多关于光催化的研究深入开展了对光催化机理的探索。
在1977年，Frank和Bard等[9]用TiO2 作为光催化剂将水中的氰化物分解，氧化CN-为OCN-，为光催化剂处理污水的发展提供了有力依据。
这些重大的研究也为如今催化剂在环境净化和新能源利用开发方向的研究奠定了基础。
TiO2以其无毒、催化活性高、稳定性好和价格低廉等优点, 被公认为优良的半导体光催化剂。
纳米TiO2的光生空穴的强氧化能力, 使得生物难降解的有机污染物的完全矿物化氧化成为可能。
大量研究表明，绝大部分有机物均能被TiO2光催化氧化而降解。
此外许多无机化合物或无机离子也能在TiO2表面与光生电子反应被光催化生成毒性较小或无毒的产物。
因而在大气净化、抗菌、净水、防污、防臭方面有着广阔的应用前景。
TiO_2光催化剂非金属掺杂的机理研究进展
作者简介:吴雪松,男,江西九江人,硕士研究生,从事与环境功能材料的设计与研发,E -mail :fengcaihangban @ ,TEL :1376714020收稿日期:2008212210TiO 2光催化剂非金属掺杂的机理研究进展吴雪松,唐星华,张 波(南昌航空大学环境与化学工程学院,江西南昌 330036) 摘 要:根据国内外对TiO 2光催化剂改性的研究状况,将TiO 2光催化剂的改性研究分为金属离子掺杂、贵金属沉积、表面光敏化、复合半导体、非金属离子掺杂等方面。
其中,非金属掺杂较其他方式的掺杂优势明显,但其机理研究不够深入。
对TiO 2光催化剂的各种非金属掺杂的机理研究进展进行了综述。
关键词:TiO 2;非金属;改性 中图分类号:O 64411 文献标识码:A 文章编号:167129905(2009)0520033203 TiO 2在常温常压下能使水中造成污染的有机物较快地完全氧化为CO 2和H 2O 等无害物质,具有表面晶格缺陷、高比表面能、化学性质稳定、无毒、反应速度快、价格低廉等优点,是一种较为理想的光催化剂。
但是,TiO 2作为光催化剂的应用也存在不容忽视的缺点:吸光频带窄,光生空穴电子复合速度快,量子产率低,只对太阳光中的紫外光有响应。
为此,各国科研工作者积极探索TiO 2的改性方法。
TiO 2的改性大致包括金属离子掺杂、贵金属沉积、表面光敏化、复合半导体、非金属离子掺杂。
掺杂金属离子、金属氧化物,贵金属沉积、复合半导体等方法都有较好的可见光响应特性,但金属元素的掺杂使热稳定性变差,易成为电子-空穴对复合中心,降低了光催化活性,并且金属元素注入的成本也较高。
另外,金属元素掺杂还会降低紫外光活性。
表面光敏化存在受光腐蚀的现象,且可能产生二次污染。
与以上方法相比,掺杂非金属离子不但能将纳米TiO 2的光响应波长拓展至可见光区域,还能保持在紫外光区的光催化活性。
非金属元素掺杂TiO 2制取方式简单,光催化效率高,必将成为纳米TiO 2改性的主流方向。
二氧化钛光催化抗菌材料的研究与应用
二氧化钛光催化抗菌材料的研究与应用摘要：本文主要介绍了二氧化钛（TiO2）光催化材料的基本结构、特点、抗菌机理、杀菌原理、以及提高其杀菌性能的方法。
尤其是作为抗菌剂在各个领域中的应用。
并对其在生活中的一些应用前景作了简要评述。
关键词：二氧化钛抗菌材料光催化应用随着社会的发展、科技的进步、文化水平的提高，人们的健康的意识也随之加强。
大多疾病是由细菌、霉菌等作为病原菌侵入人类和动植物发生的一系列反应而引起的，影响人们的健康，甚至危及生命，微生物还会引起各种工业材料、食品、化妆品、医药品等分解、变质、劣化、腐败，带来重大的经济损失，因此，具有杀菌和抗菌效应的商品越来越受到人们的关注。
一般来说，抑制细菌增强和发育的性能称为抗菌，杀死细菌或接近无菌状态的性能称为杀菌，具有抗菌或杀菌功能的材料通称为抗菌材料。
人工合成的抗菌材料可分为无机和有机两大类，由于有机类抗菌材料存在抗菌性较弱，耐热性、稳定性较差，自身分解产物和挥发物可能对人体有害，不适合用于高温加工等缺点，限制了其使用，并逐渐被无机类的抗菌材料所替代[1]。
传统的无机类抗菌剂由银、铜、锌等金属离子担载于沸石、磷酸错、易熔玻璃、硅胶、活性炭等载体组成。
近年来，以二氧化钛为代表的光催化材料得到了广泛的研究，由于Ti02光催化抗菌材料作用效果持久，并且二氧化钛本身价廉、无毒、化学稳定性好，利用太阳光、荧光灯中含有的紫外光作激发源就可具有抗菌效应，并且具有净化空气、污水处理、自清洁等光催化效应，其抗菌过程简单描述为：二氧化钛在大于禁带宽度能量的光激发下，产生的空穴或电子对与环境中氧气及水发生作用，产生的活性氧等自由基与细胞中的有机物分子发生化学反应，进而分解细胞并达到抗菌目的[3]。
此外，这些活性氧基团不仅能迅速、彻底杀灭细菌，还能降解内毒素等细胞裂解产物、其它有机物及化学污染物，使之完全矿化，具有其它抗菌材料不可比拟的优点[4-9][2]。
在抗菌方面展示了广泛的应用前景，已成为新一代的无机抗菌净化材料。
纳米tio2的光催化原理及其应用
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TiO2光电催化文献综述摘要：TiO2光电催化是一种电化学辅助的光催化反应技术，通过施加外部偏压减少光生电子和空穴的复合，从而提高其量子效率。
本文综述了TiO2光电催化的原理，纳米TiO2薄膜电极的制备方法，讨论了影响光电催化的因素，并提出了存在的问题和将来的发展方向。
关键词：TiO2，光电催化，应用，进展20世纪90年代以来，TiO2多相光催化在环境保护领域内的有机、无机污染物的去除方面取得了较大进展，被认为是一种极具前途的环境污染深度净化技术。
TiO2因其光稳定性高、化学性质稳定、难溶、无毒、成本低、具有高效性，被广泛用于光催化法处理有机或无机废水。
但是由于TiO2的禁带宽度较宽(3.2eV) ，仅能被波长较短的紫外线激发，故使得太阳能的利用率很低。
另外，由于光激发产生的电子与空穴的复合，导致光量子效率很低，为了克服这些缺点，近年来，离子修饰TiO2是提高其光催化活性的一条很好的途径，成为目前光催化技术的研究热点。
但在实际的研究应用中，TiO2光催化存在3个比较明显的问题：(1)光催化剂受光照射后产生的电子空穴对复合概率较大，因而光子利用效率较低，光催化活性不高。
(2)纳米TiO2用于光催化剂时，在既保持高的催化活性又满足特定材料的理化性能要求前提下，难以在不同材料表面均匀且牢固地负载催化剂，使催化剂不易分离。
(3)纳米TiO2只能吸收太阳光中波长小于387nm的紫外线部分, 太阳能利用率低近年来，基于光催化发展起来的光电催化技术有望解决上述问题，已经受到广泛的关注和研究[1]。
光电催化技术以纳米TiO2固定在导电基材上，采用电化学辅助方法，能有效促进TiO2光生电子-空穴对的分离，提高其催化效率，解决催化剂固液分离问题，因而倍受关注。
光电催化技术的研究目前主要集中在具有良好光催化性能的TiO2膜电极的制备、光电催化反应器的设计以及影响催化电解条件的因素等方面。
1 光电催化原理当能量大于或等于TiO2带隙能的光照射时，TiO2吸收光子产生电子-空穴对，经过禁带向来自溶液或气相且吸附在其表面的物种转移电荷。
空穴夺取颗粒表面吸附物或溶剂中的电子，与供给电子的物种结合，使该物种(常为有机污染物)被氧化，电子受体(通常是水溶液中的氧)接受表面电子被还原。
但同时，电子-空穴在表面和内部可以发生简单复合，降低其光催化效率。
光电催化可提高光催化效率，电极作为TiO2的载体，可避免催化剂的分离，有利于重复使用。
光生电子在外加阳极偏压作用下向对电极方向运动，避免光生电子-空穴简单复合，提高其对废水的光催化效率。
2 光电催化技术研究2.1 纳米TiO2薄膜电极的制备光电催化系统中，负载TiO2的电极作阳极，对电极一般是金属电极，参比电极可以是饱和甘汞电极或氯化银电极。
对电极和参比电极一般为商品材料，TiO2薄膜电极需制备。
TiO2薄膜电极的制备通常以导电基材如活性炭、钛板、泡沫镍、半导体氧化物ITO膜、导电玻璃、不锈钢片等作载体，常用的方法有阳极氧化、涂覆法和溶胶-凝胶浸渍提拉法等，为进一步提高其光电催化效率，有时还对薄膜进行金属离子或贵金属掺杂。
J. Matos等[2]以活性炭为基材，PTFE为胶粘剂制得TiO2/活性炭薄膜电极，并研究了对苯酚水溶液的光电降解效率。
T.A. Egerton等[3]同样掺杂活性炭制备二氧化钛的碳电极，并且修改溶胶-凝胶法的路线，通过降解草酸钠溶液，获得了最高的光电流和最高的催化活性。
I. Losito等[4]通过X射线光电子能谱(XPS)分析表征了复合二氧化钛-聚偏二氟乙烯(PVDF)膜应用于开发光催化降解污染物，用于农药合成光催化降解，PVDF-TiO2膜也在异丙隆(一种除草剂)上有初步的光催化降解实验，在太阳紫外光照射下，二氧化钛光催化效率的固定化的健全和完善起到了很大的作用。
K. Zakrzewska等[5]进行了贵金属/二氧化钛纳米金属陶瓷的光电催化应用，实验表明它提高了TiO2光电阳极的光谱特性，得出SPR与贵金属微粒的密度、尺寸和分布有关。
M.M. Rahman等[6]用溶胶-凝胶法制备纯净的铅掺杂二氧化钛薄膜并研究其光学特性及光谱研究X射线电子能谱。
Wang等[7]采用水热法制备不同稀土元素(Eu、La、Nd、Pr、Sm)掺杂TiO2纳米粒子, 进行了表征，光电化学以及光催化性能。
结果表明，La的最佳值(ca. 0.5%)能使速率常数(k)、平均初始率达到最大值。
Li等[8]采用激光辅助溶胶凝胶法制备了TiO2/Ti电极，并测定了电极上光响应电流与废水COD间的关系，结果表明，光电流与COD成正比。
Quan等[9]首先在Ti片表面氧化形成TiO2薄层，采用光还原沉积掺杂制备了Pt-TiO2/Ti电极，并研究了光催化、电解氧化和光电协同作用降解染料。
侯桂芹等[10]采用溶胶凝胶法，在导电玻璃上制备了纳米ZnFe2O4和TiO2的复合薄膜，利用X射线衍射仪及扫描电镜对其进行了表征，通过复合薄膜对甲基橙的降解试验研究了其光电催化性能及催化机理。
陈智栋等[11]采用等体积浸渍法制备了膨胀石墨负载锐钛矿型纳米TiO2。
用X射线衍射(XRD)表征了纳米TiO2的晶型，扫描电子显微镜(SEM)研究了膨胀石墨负载纳米TiO2前后的表面形貌。
考察了光催化、电催化及光电催化不同降解方法对主要成分是活性蓝的印染废水降解的影响，结果表明，该复合材料对印染废水具有良好的光电催化效应。
李爱昌等[12]采用恒电流复合电沉积制备了(Ni–Mo)/TiO2薄膜，对薄膜的表面形貌、晶相结构和光谱特性进行了表征，以罗丹明B为模拟污染物对薄膜的光电催化性能进行了测定，并分析了光电催化机理。
结果表明薄膜具有优异的光电催化活性和显著的光电协同效应，与未加阳极偏压相比，在最佳阳极偏压(0.2V)下，光催化降解率提高了1.09倍。
樊彩梅[13]、Carneiro[14]和刘亚子[15]等采用溶胶凝胶浸渍提拉法制备了TiO2薄膜电极以及ZnO掺杂的ZnO-TiO2薄膜电极。
孔祥晋[16]、余倩等[17]以泡沫镍为载体制备了负载TiO2和Ce掺杂的TiO2薄膜电极。
研究证明，500℃为铈掺杂TiO2薄膜的最佳热处理温度，外加一定电压、涂敷3层、掺杂n(Ce)/n(Ti)=2%的铈时催化剂的活性最高。
2.2 反应条件的影响除了电极制备外, 光电催化的反应条件也是影响其催化效率的重要因素。
2.2.1 电压和电流的影响光电催化反应中，通过恒电位仪施加电压对光电催化有重要作用。
大量研究表明，不外加电压而仅有光照或无光照仅有电压时，有机物浓度随时间变化很小[18]，说明光电催化反应必须用大于TiO2禁带宽度的光源激发产生电子空穴，然后外加电压使电子空穴分离，才能提高光催化效率。
对不同的光电催化反应体系，最佳电压值不同。
例如，采用TiO2/Ti电极降解邻苯二甲酸二乙酯，最佳电压是700 mV[19]；降解对硝基苯酚(PNP)时最佳电压为1V[20]；T.A. Egerton等[3]研究新二氧化钛/C电极溶胶-凝胶法光电催化降解草酸钠，在电压为1.2V的电压下所有的电极催化活性得到增强。
在一定电压范围内，随着外加电压的增大，电流密度提高，光生电流增加，光生电子-空穴分离效率提高，有机物的降解效率大大提高。
Li等[21]光电降解若丹明-B，外加电压0~0.5V时，光生电流增加，降解效率大大提高。
相同的外加电压下，短时间内光生电流迅速增加，有机物降解很快，但随着反应时间延长，光生电流密度下降，光生电子空穴分离效率下降，有机物降解速率有所下降。
2.2.2 pH值的影响pH值主要影响TiO2表面电荷状态，从而影响对不同有机污染物的吸附降解效率。
TiO2的零电荷点pH值一般为6~6.5，pH值大于此值，TiO2表面带负电；pH 值小于此值，TiO2表面带正电。
对废水中不同的污染物，需选择合适的pH值才能获得较好的降解效果。
例如，采用光电化学催化反应器降解酸性大红3R，虽然pH值越低，生成H2O2浓度越高，电流效率越高，TiO2对酸性大红3R吸附作用增强；但考虑到H2O2/Fe2+催化体系的协同作用具有更高的催化降解效率，确定最佳pH值为3[22]。
方建章等[23]研究了二维光电催化体系反应条件对碱性品红的降解。
发现光电降解品红时碱性条件下较好，最佳pH值为9，此时品红带正电，易吸附在TiO2表面而降解，降解速率增加；当pH值达到9~11时，降解速率无明显增加，碱性品红从阳性转为中性，吸附降低，此时CO32-浓度增大，由于CO32-是·OH 清除剂，不利于光催化降解，同时产生的H2O2分解形成H2O和O2，使H2O2损失，不利于光电催化降解。
降解邻苯二甲酸二乙酯最佳pH值为2[19],降解对硝基苯酚最佳pH值为2[20],降解若丹明-B最佳pH值为10[21]。
2.2.3 电解质的影响电解质虽然不是影响光电催化的关键因素，但电解质影响电流效率，甚至影响光电催化降解机理，目前对其研究的报道较少。
Jorge等[20]介绍了分别采用HClO4、Na2SO4、KNO3、NaCl为电解质时对硝基酚进行的吸附降解，pH值为5，3小时内，HClO4降解率最高为50%，NaCl最低为35%；采用HClO4电解质溶液时，光电流最大，且随着pH值降低而增大，这可能是因为HClO4本身是一种强氧化剂，协同作用使降解效率提高。
一般而言，选用Na2SO4、KNO3等电解质进行光电催化时，阴极产生H2O2，电解质溶液浓度提高，电流密度增大，降解率提高[24]。
NaCl是应用较多的一种电解质。
NaCl对单独的光催化降解反应有负面影响，因为Cl-占据TiO2表面活性位置，阻碍TiO2表面对有机污染物的吸附，Cl-消耗TiO2表面吸附或溶液中的强氧化性物质，生成·Cl的速度不如·OH氧化速度快；当光电协同作用时，催化效率明显提高，因为除阴极产生H2O2外，阳极生成强氧化性的Cl2，并迅速转化成电子受体HClO参与氧化反应使光催化效率提高；但NaCl浓度太高时，·OH消耗增加，抑制作用增强，同时离子强度的提高又压缩了TiO2表面双电层厚度，促使TiO2凝聚，降解作用下降[23]。
因此，选择NaCl作电解质时应选择合适的浓度。
2.2.4 气氛的影响气氛对光电催化效果和机理都会产生影响。
一般光催化反应中，O2可以与光生电子反应，是光生电子的主要受体，能抑制电子空穴的简单复合，使光催化反应进行。
但在光电催化体系中，O2不是光电催化反应必需的电子接受剂，饱和N2溶液中光电催化反应仍能进行，主要是由于H+替代O2充当电子接受剂[25]。
对负载TiO2的电极而言，在电极和电解质界面处形成一个电荷层，形成电势梯度驱赶界面上的电子。