二氧化钛光催化材料研究现状与进展
二氧化钛光催化材料研究现状与进展
二氧化钛光催化材料研究现状与进展二氧化钛光催化材料是一类应用广泛且备受关注的催化材料。
它具有优异的光催化性能，可有效利用可见光波段吸收光能，将水和空气中的有机污染物和有害物质转化为无害物质。
二氧化钛光催化材料在环境治理、清洁能源、光电器件等领域具有广阔的应用前景。
本文将介绍二氧化钛光催化材料的研究现状与进展。
二氧化钛是一种重要的半导体光催化材料。
它具有良好的化学稳定性、光稳定性和物理稳定性，且价格低廉、易于合成。
二氧化钛的光催化性能主要依赖于其晶型、表面形貌、晶粒尺寸、杂质掺杂等因素。
迄今为止，已有许多方法被提出来改善二氧化钛的光催化性能。
在二氧化钛的晶相中，主要有锐钛矿相（anatase）和金红石相（rutile）。
锐钛矿相的光催化性能优于金红石相，因此提高二氧化钛中锐钛矿相的含量，可以增强其光催化性能。
目前，常用的方法是通过控制合成条件、添加特殊添加剂或利用碳掺杂来增加锐钛矿相的含量。
除了晶型控制外，二氧化钛的表面形貌对其光催化性能也有重要影响。
研究表明，具有高比表面积和多孔结构的二氧化钛光催化材料具有更高的光催化活性。
为了增加二氧化钛的比表面积，一种常用的方法是通过溶剂热法或水热法合成纳米二氧化钛颗粒。
此外，还可以利用模板法、电化学沉积等方法来制备具有特定结构和形貌的二氧化钛纳米材料。
此外，晶粒尺寸也是影响二氧化钛光催化性能的重要因素。
通常情况下，具有较小晶粒尺寸的二氧化钛材料显示出更高的光催化活性。
制备细颗粒二氧化钛的方法包括溶胶-凝胶法、燃烧法、等离子体法等。
最后，元素掺杂是另一个重要的改善二氧化钛光催化性能的方法。
常用的掺杂元素有金属离子（如铁、铜、铬）、非金属离子（如硼、氮、碳）和稀土元素。
元素的掺杂可以改变二氧化钛的能带结构和光吸收性能，从而提高光催化活性。
总之，二氧化钛光催化材料的研究领域非常广泛，存在许多值得深入探索的问题和挑战。
虽然已经取得了一些进展，但仍然需要进一步研究和改进，以实现其在环境治理、清洁能源等领域的应用。
2024年二氧化钛光催化剂市场规模分析
2024年二氧化钛光催化剂市场规模分析引言二氧化钛光催化剂是一种能够利用光的能量将有害物质转化为无害物质的环保材料。
随着环境污染问题的日益严重，二氧化钛光催化剂在空气净化、水处理等领域的应用不断拓展，其市场规模也逐渐扩大。
本文将对二氧化钛光催化剂市场规模进行分析。
1. 二氧化钛光催化剂的分类根据不同的制备方法和应用领域，二氧化钛光催化剂可以分为以下几类：•基于纳米二氧化钛的光催化剂：以纳米二氧化钛作为光催化剂载体的材料，常用于空气净化和自洁材料等领域。
•复合型光催化剂：将纳米二氧化钛与其他纳米材料进行复合，如银、铜等，以提高催化性能和稳定性。
•可见光响应型光催化剂：通过改变二氧化钛晶体结构或掺杂其他金属离子，使其能够吸收可见光，提高利用率。
2. 二氧化钛光催化剂市场规模现状由于二氧化钛光催化剂在环境净化和水处理中的优异性能，市场需求不断增长。
目前，二氧化钛光催化剂市场正处于快速发展阶段。
根据市场调研和数据分析，二氧化钛光催化剂市场规模在过去几年中保持了稳定增长。
预计在未来几年内，市场规模将继续保持增长趋势。
3. 二氧化钛光催化剂市场增长的驱动因素3.1 环境污染和保护意识的提升随着环境污染问题的日益严重，人们对清洁空气和水质的需求越来越强烈。
二氧化钛光催化剂作为一种环保材料，能够有效地降解有害物质，广泛应用于空气净化和水处理领域。
3.2 政府政策支持各国政府对环境保护和可持续发展的重视程度不断提高，通过出台相关政策和法规来促进环保产业的发展。
政府的政策支持为二氧化钛光催化剂市场提供了良好的发展机遇。
3.3 技术进步和创新随着科学技术的不断进步，二氧化钛光催化剂的制备方法和性能不断改进。
新材料的研发和创新为市场增长提供了新的动力。
4. 二氧化钛光催化剂市场前景展望基于以上市场增长的驱动因素，预计未来几年内，二氧化钛光催化剂市场将保持持续增长态势。
尤其是在空气净化、水处理等领域，需求将进一步增加，推动市场规模扩大。
绿色建筑光催化材料二氧化钛研究进展
绿色建筑光催化材料二氧化钛研究进展随着社会经济的发展和人们对环境保护意识的提高，绿色建筑已成为一种趋势。
绿色建筑是一种可持续性建筑，其设计和建造考虑了减少对环境的影响，提高建筑能源效率，提高室内环境质量等因素。
绿色建筑需要使用环保、健康的建筑材料，而光催化材料二氧化钛是一种很有潜力的材料，能够用于室内和室外环境的净化。
二氧化钛具有很高的光催化活性，在受到紫外线或可见光照射时能够吸收水中的氧和有机物质、微生物，将其分解为CO2和H2O，从而达到清洁水和空气的目的。
二氧化钛的光催化能力是由于其表面具有活性位点，通过吸附反应活化两种物质，从而产生自由基，进而分解有机污染物，因此用于绿色建筑中的光催化材料是探索和应用的热点。
二氧化钛的催化性能可以通过修饰或改性来提高。
硫化二氧化钛、掺杂二氧化钛、纳米二氧化钛和复合二氧化钛等是目前研究的热点。
硫化二氧化钛的光催化性能比纯的二氧化钛更优秀，因为硫是一种与光催化反应有关的活性物质。
掺杂二氧化钛一般通过在其晶格中引入其他金属离子，从而形成掺杂二氧化钛。
掺杂的离子会影响二氧化钛的电子结构及其表面性质，可以提高催化性能，让其可使用于室内环境净化中。
纳米二氧化钛的光催化性能也比纯的二氧化钛更优秀，因为小尺寸的纳米颗粒有更大的比表面积和更短的电子传输路径。
在光照区域内，纳米二氧化钛能较好地吸收光线，提高了催化效率。
复合二氧化钛材料是指将二氧化钛复合到另一种材料中，如氧化锌、氧化铜等，可以增强催化性能，同时还可以对催化剂的电子能级结构有所调整，改进催化剂在光催化中的性能。
此外，改进二氧化钛的制备方法也为提高其光催化性能提供了新途径。
目前常使用的方法有溶胶-凝胶法、沉淀法和水热法等。
溶胶-凝胶法是一种干燥和烧结过程多的制备方法，可控性较好，且可以制备出更细致的二氧化钛微粒，通常能够得到更高的催化性能。
水热法是指以水为溶媒将反应物反应时制备二氧化钛的方法，该方法不需要多次烧结和洗涤，工艺简单，适用于制备较小颗粒的二氧化钛，并且可制备出不同形貌的二氧化钛粒子，如球形、链形、管状等。
光催化剂二氧化钛的研究进展
光催化剂二氧化钛的研究进展光催化剂二氧化钛（TiO2）是一种广泛应用于环境治理领域的功能材料。
在过去几十年中，二氧化钛的研究已经取得了重要进展。
本文将从二氧化钛的结构特点、光催化机制、改性方法以及应用领域等方面，对二氧化钛的研究进展进行探讨。
首先，二氧化钛的结构特点是其独特性能的基础。
二氧化钛具有两种晶型：金红石型（rutile）和锐钛矿型（anatase）。
锐钛矿型二氧化钛具有较高的比表面积和更好的光吸收性能，因此在光催化领域中得到了更多的关注。
此外，二氧化钛还可以通过粒径控制、表面修饰等方法进行结构调控，以实现其光催化性能的优化。
其次，二氧化钛的光催化机制主要包括光生电子-空穴对的分离和相应的反应过程。
当二氧化钛吸收到光能时，光生电子-空穴对会在其表面产生，并通过表面活性位点的传递和扩散进行分离。
光生电子可以参与还原反应，而光生空穴则可以参与氧化反应。
此外，二氧化钛还可以通过吸附氧分子进一步增强光生电子-空穴对的分离效果。
然后，对二氧化钛的改性方法也在不断发展。
常见的改性方法包括掺杂、复合、表面修饰等。
掺杂方法可以通过引入其他元素来调控二氧化钛的能带结构，以提高其光催化性能。
复合方法可以将二氧化钛与其他光催化剂或载体进行组合，以增强其光吸收性能和光生电子-空穴对的分离效果。
表面修饰方法可以通过在二氧化钛表面引入催化剂或增加表面缺陷等途径，进一步提高其表面反应活性。
最后，二氧化钛在环境治理等领域具有广泛的应用前景。
光催化剂二氧化钛可以应用于水处理、空气净化、有机污染物的降解等诸多环境领域。
例如，二氧化钛可以通过光氧化反应将废水中的有机物分解为无害的物质；它还可以通过吸附有害气体分子并进一步氧化分解等方式来实现空气净化效果。
总之，光催化剂二氧化钛作为一种功能材料，其研究进展已经取得了重要成果。
未来的研究可以进一步深入探索二氧化钛的光催化机理，发展新的改性方法，并拓展其在环境治理以及其他领域的应用。
《2024年纳米二氧化钛光催化及其在污水处理与分析检测中的应用研究》范文
《纳米二氧化钛光催化及其在污水处理与分析检测中的应用研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，环境污染问题日益严重，其中水污染问题尤为突出。
纳米二氧化钛（TiO2）作为一种具有优异光催化性能的材料，近年来在污水处理与分析检测领域得到了广泛的应用。
本文将重点探讨纳米二氧化钛的光催化原理及其在污水处理和分析检测中的应用研究。
二、纳米二氧化钛光催化原理纳米二氧化钛光催化是一种利用光能驱动的化学反应过程。
当纳米二氧化钛受到光照时，其表面会产生光生电子和空穴，这些电子和空穴具有极强的氧化还原能力，能够与吸附在其表面的物质发生反应，从而将有机污染物降解为无害物质。
此外，纳米二氧化钛还具有较高的光稳定性和化学稳定性，使其在光催化领域具有广泛的应用前景。
三、纳米二氧化钛在污水处理中的应用1. 去除有机污染物：纳米二氧化钛光催化技术可有效去除水中的有机污染物，如染料、农药、油类等。
通过光催化反应，这些有机污染物被降解为无害的小分子物质，从而达到净化水质的目的。
2. 去除重金属离子：纳米二氧化钛还可以与重金属离子发生反应，将其转化为沉淀物或络合物，从而降低水中的重金属离子浓度。
3. 污水处理工艺优化：纳米二氧化钛光催化技术可与其他污水处理工艺相结合，如生物处理、膜分离等，以提高污水处理效率，降低处理成本。
四、纳米二氧化钛在分析检测中的应用1. 食品检测：纳米二氧化钛可用于食品中有害物质的检测。
通过光催化反应，将食品中的有害物质转化为可检测的产物，从而实现对食品质量的快速检测。
2. 环境监测：纳米二氧化钛可与大气中的污染物发生反应，生成可检测的中间产物或最终产物，为环境监测提供依据。
此外，纳米二氧化钛还可用于水体中污染物的检测。
3. 生物分析：纳米二氧化钛具有较高的生物相容性和无毒性，可用于生物分子的分离、纯化和检测。
通过光催化反应，可以实现对生物分子的高效、快速检测。
五、研究展望未来，纳米二氧化钛光催化技术将在污水处理和分析检测领域发挥更大的作用。
二氧化钛光催化氧化的研究进展
二氧化钛光催化氧化的研究进展二氧化钛（TiO2）是一种广泛应用于光催化氧化反应中的半导体材料。
其广泛应用的原因之一是其独特的光电化学性质，能够在紫外光照射下产生强氧化性的自由基和电子。
近年来，研究人员不断提出新的方法来改善二氧化钛的光催化性能，以应用于环境污染治理和清洁能源生产等领域。
本文将综述近年来二氧化钛光催化氧化研究的进展。
首先，研究人员通过改变二氧化钛的晶体结构和形貌来提高其光催化性能。
例如，在研究人员将金属或非金属掺杂到二氧化钛中，可以有效地提高其光催化活性。
金属掺杂（如银、铜、铁等）能够提高二氧化钛的吸光能力，并生成更多的光生电子和空穴，从而增强催化反应。
非金属掺杂（如氮、硫、碳等）则改变了二氧化钛的能带结构，使其光催化活性发生明显变化。
此外，通过调控二氧化钛晶体的形貌和构造，如纳米颗粒、纳米线、纳米片等，能够提高光的吸收和扩散能力，进一步增强光催化性能。
其次，研究人员通过负载二氧化钛光催化剂来提高其催化活性。
将二氧化钛负载在其他材料上，如石墨烯、氧化石墨烯、纳米碳管等，能够提高光催化剂的表面积和吸附性能。
这样一来，反应物能够更充分地与光催化剂接触，从而提高反应的效率和选择性。
同时，负载材料的载体还能够提供额外的功能，如富集光催化剂、调控光催化剂的吸附性能等，进一步提高光催化性能。
第三，研究人员还通过光敏剂的引入来提高二氧化钛的光催化性能。
光敏剂通常是一种具有高吸光度和高光电转换效率的有机化合物，能够在可见光区吸光，并通过电荷转移和能量转移过程与二氧化钛相互作用。
在光照条件下，光敏剂吸收光能并中转给二氧化钛，激发光生电子和空穴，从而增强光催化反应。
此外，通过合理设计光敏剂的结构和功能分子，还可以实现更精确的光催化反应，如选择性催化、串联催化等。
最后，基于二氧化钛的光催化氧化研究还涉及到载流子的传输和分离。
在光催化反应中，电子和空穴的有效传输和分离对于光催化反应的效果至关重要。
因此，研究人员通过调整二氧化钛的电子结构和界面性质，或者引入电子传输助剂（如导电聚合物、金属催化剂等）来提高载流子的传输和分离效率，从而增强光催化性能。
2024年二氧化钛光催化剂市场前景分析
2024年二氧化钛光催化剂市场前景分析介绍近年来，随着环境污染问题的日益严重，光催化技术逐渐成为净化空气和水源的有效方法。
二氧化钛（TiO2）作为一种广泛应用于光催化领域的材料，其在光催化反应中具有优异的活性和稳定性。
本文将对二氧化钛光催化剂市场的前景进行分析。
市场概述目前，全球环境污染问题越来越严重，人们对环境质量的要求也越来越高。
光催化技术以其高效、环保的特点受到了广泛关注。
二氧化钛作为光催化剂的应用领域非常广泛，包括空气净化、水处理、光催化反应等多个领域。
市场驱动因素环境污染问题的日益严重随着工业化和城市化的快速发展，大量的废气和废水排放对环境造成了严重的影响。
空气和水源的污染成为人们关注的焦点。
二氧化钛光催化技术通过吸附和催化反应将污染物分解成无害的物质，因此被认为是一种有效的净化手段。
政府环保政策的支持为了改善环境质量，各国政府纷纷推出环保政策，加大投入用于环境治理。
二氧化钛光催化技术由于其效果显著，得到了政府的广泛认可和支持。
政府的支持政策和资金扶持将推动二氧化钛光催化剂市场的发展。
市场挑战技术难题尽管二氧化钛光催化剂在净化空气和水源方面具有优异的性能，但其在实际应用中仍然面临一些技术难题。
比如，光催化反应过程中产生的电子-空穴对的复合速率很高，限制了催化剂的光催化活性。
此外，二氧化钛光催化剂的光吸收范围较窄，只能吸收紫外光，限制了其在可见光区的应用。
市场竞争激烈光催化技术市场竞争激烈，不仅有很多企业参与其中，还面临着其他净化技术的竞争。
除了二氧化钛外，还有其他光催化剂材料和光催化技术在市场中占据一定份额。
因此，二氧化钛光催化剂市场需要不断创新和提高产品性能，以保持竞争力。
市场发展趋势技术创新和改进为了克服二氧化钛光催化剂的技术难题，科学家们正在进行技术改进和创新。
通过改进材料结构、调控光催化活性中心等手段，提高催化剂的光催化活性和稳定性。
同时，研究者们也在开发新型的光催化剂材料，以扩大光吸收范围，提高催化效率。
2024年二氧化钛光催化市场分析现状
2024年二氧化钛光催化市场分析现状引言二氧化钛光催化作为一种高效的环境治理技术，在现代社会中得到了广泛的应用。
光催化技术通过利用二氧化钛材料对光能的吸收和转换，促使光催化反应的发生，以达到净化空气、净化水源等环境治理的目的。
本文将对二氧化钛光催化市场的现状进行分析。
1. 二氧化钛光催化技术的应用领域二氧化钛光催化技术具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1.1 环境空气治理二氧化钛光催化技术通过光催化反应降解有害气体，如二氧化氮、二氧化硫和一氧化碳等，提高空气质量。
该技术在空气净化器、汽车尾气净化装置等领域得到广泛应用。
1.2 水资源净化二氧化钛光催化技术被用于水资源净化，如处理废水、净化自来水等。
通过光催化反应，能够有效去除水中的有机物质、重金属离子等有害物质，提高水的质量。
1.3 光催化杀菌二氧化钛光催化技术在医疗、食品加工、饮用水净化等领域被应用于杀菌。
光催化反应能够产生具有杀菌作用的自由基，有效消灭病菌、病毒和细菌。
2. 二氧化钛光催化市场现状分析二氧化钛光催化市场发展前景广阔，以下是针对市场现状的分析：2.1 市场规模二氧化钛光催化市场目前规模较小，但随着环境污染问题的日益严重，光催化技术在空气净化、水资源净化、食品安全等领域的需求不断增加，市场潜力巨大。
2.2 市场竞争格局光催化市场存在较多的竞争者，其中包括国内外企业。
目前，国内企业在产品研发、生产工艺等方面与国外企业相比仍存在一定差距，但随着技术的不断创新和进步，国内企业有望取得更大的市场份额。
2.3 技术进步与创新二氧化钛光催化技术面临的主要挑战是如何提高光催化反应的效率和稳定性。
当前，科学家们正致力于开发新型的二氧化钛材料、调控催化反应条件等，以提高光催化技术的性能，满足市场需求。
2.4 政策支持与市场推广政府对环境保护的重视和政策支持将推动二氧化钛光催化市场的发展。
政府部门鼓励企业增加研发投入，并提供相应的资金和税收优惠政策。
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• Asahi等首次用非金属元素氮掺入T Oi2,使其获得优异的可 见光活性和超亲水性能。
• 他们认为具有可见光吸收的非金属掺杂必须满足以下几个 条件:掺杂后在T iO2带隙间出现一个能吸收可见光的/新带 隙0;为保持催化剂的还原能力,掺杂后的导带能级必须大于 H2/H2O的电极电位;新带隙0必须与原来的T iO2带隙充分 重叠,以保证光生载流子在生命周期内能迁移到催化剂表 面进行反应。根据以上理论,他们认为S和C的掺杂是不能 出现的,因为S的离子半径太大,难以掺入T Oi2中取代晶格 氧。而对于产生可见光吸收的原因,他们认为是N2p轨道和 O2p轨道电子云杂化使带隙变窄引起的。
（2）光生载流子(和)很容易重新复合，量子 产率偏低（不到4%），而较低的量子产率是制约 光催化技术大规模工业化的主要原因。
二氧化钛的理化性质
• 二氧化钛，白色固体或粉末状的两性氧化物，是 最好的白色颜料，俗称钛白。钛白的粘附力强， 不易起化学变化，永远是雪白的。特别可贵的是 钛白无毒。它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃， 釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。
• 二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化 钛分解得到。二氧化钛性质稳定，大量用作油漆 中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白 相似，但不像铅白会变黑；它又具有锌白一样的 持久性。二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产 生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。
• 介电常数：由于二氧化钛的介电常数较高，因此具有优良的电学性能。在测定二氧化 钛的某些物理性质时，要考虑二氧化钛晶体的结晶方向。例如，金红石型的介电常数， 随晶体的方向不同而不同，当与C轴相平行时，测得的介电常数为180，与此轴呈直角 时为90，其粉末平均值为114。锐钛型二氧化钛的介电常数比较低只有48。
• 电导率：二氧化钛具有半导体的性能，它的电导率随温度的上升而迅速增加，而且对 缺氧也非常敏感。例如，金红石型二氧化钛在20℃时还是电绝缘体，但加热到420℃时， 它的电导率增加了107倍。稍微减少氧含量，对它的电导率会有特殊的影响，按化学组 成的二氧化钛(TiO2)电导率<10-10s/cm，而TiO1.9995的电导率只有10-1s/cm。金红石 型二氧化钛的介电常数和半导体性质对电子工业非常重要，该工业领域利用上述特性， 生产陶瓷电容器等电子元器件。
• 硬度：按莫氏硬度10分制标度，金红石型二氧化钛为6~6.5，锐钛型二氧化钛为 5.5~6.0，因此在化纤消光中为避免磨损喷丝孔而采用锐钛型。
• 熔点和沸点：由于锐钛型和板钛型二氧化钛在高温下都会转变成金红石型，因此板钛 型和锐钛型二氧化钛的熔点和沸点实际上是不存在的。只有金红石型二氧化钛有熔点 和沸点，金红石型二氧化钛的熔点为1850℃、空气中的熔点 (1830土15)℃、富氧中的 熔点1879℃，熔点与二氧化钛的纯度有关。金红石型二氧化钛的沸点为 (3200±300)K， 在此高温下二氧化钛稍有挥发性。
• 沉淀法：分为共沉淀法和均匀沉淀法。共沉淀法 是指在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂沉淀 所有粒子的方法。均匀沉淀法是利用某一化学反 应,在溶液中缓慢均匀地释放出沉淀剂,从而使沉淀 能在整个溶液中均匀出现。
• 水热法：在内衬耐腐蚀材料的密闭高压釜中加入 纳米T iO2的前驱体,按一定的升温速度加热,待高 压釜到所需的温度值,恒温一段时间,卸压后经洗涤 、干燥即可得到纳米T iO21
二氧化钛光催化材料研究现状与 进展
1.1光催化的起源
• 光催化化学作为光化学的一个分支，开始 于20世纪70年代，1972年Fujishima A和 Honda K在Nature杂志上发表了关于n型半 导体TiO2单晶电极上光致分解水并产生氢 气和氧气的论文，这一重要发现标志着多 相光催化时代的开始，同时也揭开了TiO2 作为光催化材料发展的序幕，更为人类开 发利用太阳能开辟了新的途径。
• 以TiO2-CdS复合半导体为例,如 图1(a)所示,当用足够能量的光 激发时,CdS与TiO2同时发生电 子带间跃迁.由于导带和价带能 级的差异,光生电子将聚集在T iO2的导带上,而空穴则聚集在 CdS的价带上,光生载流子得到 分离,从而提高了量子效率;
• 另一方面,如图1(b)所示,当 照射光的能量较小时,只有 CdS发生带间跃迁,CdS产 生的激发电子输运到TiO2 导带而使得光生载流子得 到分离,从而使催化活性提 高.对CdS/TiO2、CdSe/T iO2、SnO2/TiO2、 WO3/T iO2等体系的研究 均表明,复合半导体比单个 半导体具有更高的催化活 性.
T2 i h O v T2 i h O e O2+e →•O2 H 2O +h+→ •O+ H H +H 2O•O 2→ •OO O HH
OHh→•OH
2•OO → O 2 H H 2 O 2
•OO + H 2 O H + e→ H 2 O 2+ OH
H2O 2+e → •O+ H OH
1.3光催化材料
• Gratzel等对掺杂Fe3+、V4+、M o5+的T iO2胶体进行了 EPR研究。结果表明掺入Fe3+及V4+能有效地捕获光生电 子,抑制电子-空穴的复合,提高光催化活性;而掺Mo5+则因 能捕获空穴而使光催化氧化活性下降.许多研究表明掺杂 剂浓度对反应活性影响很大.
方法三：非金属掺杂
• 非金属掺杂，非金属掺杂较少形成复合中 心，并且能够有效提高光催化性能，光响 应范围可扩展至可见光区域。C4+、S4 + 以及N等的非金属掺杂二氧化钛都发生了较 为明显的红移。
• 若半导体此时处于溶液中,则在电场作用下, 电子与空穴分离并迁移到粒子表面的不同位 置。
• 光生空穴具有很强的得电子能力,具有强氧化 性,可夺取半导体表面的有机物或溶剂中的电 子,使原本不吸收入射光的物质被活化氧化, 而电子受体则可以,在半导体表面 失去电子的主要是水分子,水分子经催化后 生成氧化能力极强的羟基自由基•OH, •OH 是水中存在的氧化剂中反应活性最强的,而 且对作用物几乎无选择性。
2.二氧化钛光催化材料
• 优点：半导体金属氧化物TiO2虽然具有化学稳定 性高、耐腐蚀、氧化还原电位高、被激发产生的 光生电子-空穴对具有很高的氧化还原能力，光催 化反应驱动力大，加之安全无毒、成本低的特点
• 缺点：（1）大多数半导体光催化剂带隙较宽，光 吸收波长只能在波长小于400nm的紫外光区域， 尚达不到照射到地面太阳光总能量的4％，太阳能 利用效率偏低；
• 吸湿性:二氧化钛虽有亲水性，但吸湿性不太强，金红石型较锐钛型为小。
• 二氧化钛的吸湿性与其表面积的大小有一定关系，表面积大，吸湿性高。
• 二氧化钛的吸湿性也与表面处理及性质有关。
• 热稳定性:二氧化钛属于热稳定性好的物质，一般用量为0.01%～0.12%
2.1纳米二氧化钛的制备
• （1）气相法 气相法所用的前驱体一般有T iC l4和钛醇
.
• TiO2光催化在空气净化方面的应用
TiO2半导体超微粒子在紫外光照射下受激 励生成电子-空穴对,产生空穴的氧化电位以 标准氢电位计为3.0V,比起氯气的1.36V和臭 氧的2.07V来,空穴的氧化性强的多,因此能 够绝对抗拒光催化强氧化性破坏的物质为 数极少。
将气固相光催化消除污染技术最早推向实用的是 日本丰田三共公司, 1985 年, 京都大学的 Kagitani 等首次进行了消除H2S、NH3 等污染物的气固相 光催化研究,并与丰田三共公司联合开发应用, 这 是国际上将光催化法成功的应用于消除空气中微 量有害气体的首例。
• 溶胶-凝胶法：以钛醇盐为原料,无水醇为有 机溶剂,通过控制钛醇盐的水解而获得一系 列不同粒径纳米T Oi2的方法。
2.1二氧化钛光催化材料的改造
思路： • （1）提高光生载流子的分离以减少其复合
几率；
• （2）扩宽光响应范围使之发生红移；
• （3）改变对特殊产物的选择性和产率。
方法一：复合半导体
盐以T iC l4为前驱体可以分为气相水解法和 气相氧化法；以钛醇盐为前驱体可以分为 气相热解法和气相水解法。
（2）液相法
液相法制备纳米T iO2主要有胶溶法、沉淀 法、水热法、溶胶-凝胶(sol-gel)法等。
胶溶法：以硫酸氧钛为原料,离子反应生成 沉淀后,经化学絮凝和胶溶制成水溶胶,再以 表面活性剂处理,使溶胶胶粒转化成亲油性 的聚集体。
• 在光催化反应中，半导体金属氧化物和硫 化物是被广泛使用的两种催化剂。光催化 性质是这些半导体的独特性能之一。常用 的半导体型金属氧化物有TiO2、ZnO、 ZrO2、WO3和CdO，硫化物有CdS和ZnS。 这些n型半导体材料由于其特殊的电子结构， 具有合适的能带结构，可作为敏化剂来进 行光诱导氧化还原反应。当有能量大于禁 带宽度的光照射时其价带上的电子（e-）被 激发跃迁至导带，在价带上留下相应的空 穴h+），产生光生电子-空穴对。
• Um ebayash i等以S2-掺入T Oi2晶格氧中 并获得可见光活性。
• Khan等用火焰灼烧金属钛法制备了T iO2XCX催化剂,这种掺C催化剂使带隙能变为 2.32 eV,对应的可见光吸收波长为535 nm, 在光解水的实验中,其光转化效率高达 8.35%。
方法4：表面光敏化
• 在TiO2中加入一定量的光活性化学物质,从 而扩大激发波长范围,增加光催化反应的效 率。在光催化反应的过程中,一方面这些光 活性物质在可见光下有较大的激发因子,另 一方面光活性物质分子可以提供电子给禁 带宽的T iO2。
方法二：贵金属沉积
• 金属离子掺杂可在半导体表面引入缺陷位 置或改变结晶度,既可以成为电子或空穴的 陷阱而延长其寿命,也可成为复合中心而加 快复合过程。同时，在光照作用下,因掺杂 引起的电子跃迁的能量要小于TiO2禁带Eg, 而且掺杂电子浓度较大,故其光谱响应向可 见光移动。