总结与展望
• 二氧化钛光催化剂在环境和能源领域中有着广阔的应用前景，各国 科研人员对掺杂改性技术进行了广泛和深入的研究，但是其机理仍 未完全清楚，因此仍然是下一阶段的主要任务。
• 二氧化钛是一种稳定的化合物，掺杂后改变了晶体结构，其稳定性 也受到了很大影响，因此在掺杂过程中如何保持其稳定性也是焦点 之一。
钛
扩大其作用光的波长
的
电子-空穴复合
范围
改
性
背景与意义
加入氧
化剂 二氧化钛 改性
表面 修饰
光贵 金 非 半 表
敏金 属 金 导 面
化属 离 属 体 螯
沉 子掺 复 合
淀 掺杂 合 作
杂
用
光电 催化
光敏化
光活性化合物
贵金属表面沉积
贵重金属（银、铂等） “肖特基势垒”
半导体复合
背景与意义
光电催化是在半导体系统内通过光化学加压可 使电荷分离，减少空穴-电子对复合的方法。
二氧化钛光催化剂的改性研究
目录
二 氧 化 钛 光 催 化 剂
基本概念与原理 研究背景与意义 改性研究 总结及展望
基本概念与原理
半导体中的载流子：能够导电的自由粒子（电子、空穴）
基本概念与原理
电子：Electron，带负电的导电载流子，是价电 子脱离原子束缚 后形成的自由电子，对应 于导带中占据的电子
结论： 最佳掺杂浓度为0.25﹪
Ni 2+掺杂浓度对催化活性的影响
结论： 最佳掺杂浓度为0.05﹪
Sr2+掺杂浓度对催化活性的影响
1.0 0.1 0.01 0.005
结论： 最佳掺杂浓度为0.1﹪
Seminar 1
小结
• 不同金属离子掺杂对催化活性的影响差别较 大，研究表明铅效果最好。 • 每种金属离子掺杂都有一个最佳浓度，当掺 杂浓度小于或大于最佳掺杂浓度时，所得的 TiO2光催化剂的光催化活性都会降低。实验 测定：Fe3+,Zn2+,Ni2+,Sr2+，最佳掺杂浓度分 别为0.01﹪，0.25﹪，0.05﹪，0.1﹪。 • 由于金属离子掺杂热稳定性差，近年来许多 人转向非金属掺杂，如F, S, N, C.
外光线激发 （ ＜ 387nm）,而太阳光谱中紫外光
（400nm以下）仅占5﹪，波长为400-750nm的可见光则 占到45﹪，因此太阳能利用率很低。 2、光激发产生的电
子、空穴容易复合，降低了光催化效率。
提高TiO2的光催化效率成为研究 热点
背景与意义
两方面着手
二
氧
降低TiO2的禁带宽度
化
加入俘获剂阻止
空穴：Hole，带正电的导电载流子，是价电子脱 离原子束缚 后形成的电子空位，对应于价 带中的电子空位
基本概念与原理
半导体的能带结构
导带
Eg
价带
价带：0K条件下被电子填充的能量最高的能带 导带： 0K条件下未被电子填充的能量最低的能带 禁带：导带底与价带顶之间能带 带隙：导带底与价带顶之间的能量差
加入氧化剂：向 TiO2光催化体系中加入 O2， O3，H2O2， Fe3+ 等氧化剂，催化剂表面的电 子被氧化剂俘获，有效的抑制电子和空穴的复 合，同时进·OH的生成。
掺杂改性研究
效果好
易于扩展光的 响应范围
掺改 杂性
方法简单
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
易于提高光催化反应速率
掺杂改性研究
掺 一、成为电子和空穴的浅势捕获阱
基本概念与原理
• 量子尺寸效应：由于半导体的载流子被限制在一个小尺寸的势阱中, 在此条件下,导带和价带能带过渡为分立的能级,因而有效带隙增大,吸
收光谱阈值向短波方向移动,这种效应就称为量子尺寸效应。
基本原理与概念
光
TiO2光催化作用的基本原理
背景与意义
• 20世纪70年代光催化氧化技术诞生。
• 1972年Fujishima与Honda报导了在光电池中光辐射单晶Ti02可 以发生水的氧化还原反应并产生氢气。由此掀开了TiO2光催 化过程的历史篇章。
杂
改 性
二、降低TiO2的带隙
作 三、形成掺杂能级
用
机 四、共掺杂离子间形成协同作用 理
不同金属掺杂改性研究
结论：不同金属离子对光催 化性影响有很大差异。其中 铅效果最好，其次分别为锌、
镍、锶、铁
Fe3+掺杂浓度对催化活性的影响
结论： 掺杂浓度越低光催化性越好
最佳浓度为0.01﹪
Zn2+掺杂浓度对催化活性的影响
背景与意义
1、含染料、农药等有机污染物 的废水及含石油污染物的水体
3、卤代烃、醛类、多环芳烃
2、大气中的NOx, 汽车尾气中的含硫气体
背景与意义
光学和电子 特性 好
化学性质稳 定
二氧化钛光 催化剂
氧化还原性 强
成本低
无毒
难溶
二氧化钛的优良特性
背景与意义
1、TiO2光催化剂带隙较宽（3.2ev）,只能被波长较短的紫
• 近年来，随着光化学及技术的发展和进步，光催化材料的研 究进入了一个新时代，光催化材料层出不穷，利用Ti02多相 光催化消除环境中的各种污染物的研究已引起人们的广泛关 注。
• TiO2有许多优良特性，可广泛应用于催化剂、传感器、感光 材料、油漆涂料、化妆品、电子产品等生产领域，是一种理 想的半导体材料，也是理想的光催化剂 。