1.TiO2的结构
• 通常TiO2有三种晶型：锐钛矿、金红石和板钛矿。通常认为锐 钛矿是活性最高的一种晶型，其次是金红石型，而板钛矿和无 定型TiO2没有明显的光催化活性
• 研究表明，由锐钛矿 和金红石以适当比 例组成的混晶通常 比由单一晶体的活
性高。 TiO2的禁带宽度较大， 光催化活性最好的锐钛矿型 的Eg为3.2至3.5eV,仅在波长 小于387nm的紫外光照射下有 光催化活性。
（1）非金属离子的掺杂
目前研究较多的非金属掺杂离子主要有 Cl、N、F、和S、P等。研究 表明，这些非金属离子取代O离子进入TiO2晶格提高光催化剂的价带电 位，并降低其导带电位，使其禁带宽度变窄，从而提高可见光催化活性。
（2）金属离子的掺杂
目前研究较多的金属掺杂离子主要有 Fe、Co、Ni、Cu和W等过渡金 属离子和Ce、Nd、La等稀土金属离子。研究表明，金属离子掺杂主要 是点通位过，嵌从入而减晶少格了间T隙iO或2表是面取光代生钛电原子子与，空在穴TiO的2复晶合格，中使增T加iO电2表子面空产穴生捕了获 更多的·OH和O2-，提高了催化剂的光催化活 （3）共掺杂
1.TiO2的结构 2.TiO2光催化反应机理 3.TiO2光催化反应的影响因素 4.提高TiO2光催化效率的途径 5.纳米TiO2粉体制备方法 6.TiO2光催化剂的应用 7.磁性载体的制备
何谓光催化？
• 半导体纳米材料在光的照射下，通过把光能转化为化学能， 促进化合物的合成或使化合物（有机物、无机物）降解的过 程称为光催化。
具体来说:
2.TiO2光催化反应机理
在光照下，如果光子的能量大于半导体禁带 宽度，其价带上的电子（e-）就会被激发到 导带上，同时在价带上产生空穴（h+）。激 发态的导带电子和价带空穴又能重新合并， 并产生热能或其他形式散发掉。当催化剂存 在合适的俘获剂、表面缺陷或者其他因素时， 电子和空穴的复合得到抑制，就会在催化剂 表面发生氧化—还原反应。价带空穴是良好 的氧化剂，导带电子是良好的还原剂，在半 导体光催化反应中，一般与表面吸附的H2O， O2 反 应 生 成 氧 化 性 很 活 泼 的 羟 基 自 由 基 （•OH）和超氧离子自由基（•O2-）。能够 把各种有机物氧化直接氧化成CO2、H2O等小 分子，而且因为他们的氧化能力强，使一般 的氧化反应一般不停留在中间步骤，不产生 中间产物。
5.纳米TiO2粉体制备方法
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气相反应法•Fra bibliotek溶胶-凝胶法
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化学沉淀法
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微乳液法
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水解法
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水热反应法
• 溶胶-凝胶法
该法利用了所形成凝 胶的优良分散功能及凝 胶最终的热处理过程, 所得产物的颗粒均匀性 、分散性良好,并可有 目的地控制产物的粒径 。在溶胶凝胶法中,有 机钛盐(或称钛酸酯) 通常作为起始原料去合 成目标产物。
• 纳米TiO2光催化剂被光辐射激发产生的电子－空穴对虽然具 有很高的氧化能力，但其在实际应用中也存在一些缺陷：
• 光生载流子(h+，e-)很易重新复合，例如在TiO2表面上光生电 子和空穴的复合是在小于10-9s的时间内完成，影响了光催化 的效率。
• 因此制备高活性光催化剂的突出问题是提高光催化剂中光生 电子-空穴的分离效率，抑制电子空穴的重新结合。
6.TiO2光催化剂的应用
• 由于TiO2具有强氧化作用，能够氧化各种有机物污染物，尤 其是芳烃和芳香类有机物能够被其降解为小分子，直至变成 CO2和H2O，并且这种光催化氧化反应在常温常压下进行，对 生物法难以降解的有毒有机物，均有良好的处理效果。
TiO2光催化剂的应用范围
7.磁性载体的制备
（3） TiO2表面特性的影响 TiO2表面积大则吸附量大，活性就高。另外，表面的粗糙程 度、表面的结晶度、表面的羟基等也影响着表面的吸附和电 子空穴的复合，进而影响催化剂的活性。
（4） pH值的影响
反应体系的pH值对TiO2的表面态、界面电位和表面电荷以聚 集性具有明显的影响。
4. 提高TiO2光催化效率的途径
随着离子掺杂改性研究的不断深入，越来越多的人将两种或两种以上 的金属或是非金属共掺杂进行研究，如非金属和非金属（B/N 、C/N）、 金属和非金属（Fe/N、Ce/N）、金属和金属（Ce/Co、Pt/Cr）
（4）半导体复合
通过半导体复合可提高系统的电荷分离效果，扩展光谱响应的范围。 其修饰方法包括简单的组合、掺杂、多层结构和异相组合等。研究较多 的：CdS、SiO2、SnO2等。
由于负载的光催化材料比表面积小，光催化材料易于从载体 上脱落使光催化效率降低，因此，磁性纳米 TiO2 包覆材料逐渐 受到人们的关注。磁性纳米 TiO2 是一类对外加磁场具有良好的 磁响应性能的光催化纳米材料，它可以通过设置一个外加磁场 实现催化剂的回收，进而完成再生、利用，为节约能源，降低 成本提供保证。磁性纳米 TiO2 的优点在于：一方面，它保留了 传统粉末状 TiO2 的高比表面积和高的光利用效率；另一方面， 解决了粉末状 TiO2 回收困难的缺点，因此在众多领域具有广阔 的应用前景。磁性纳米 TiO2 光催化材料可以通过施加外加磁场 完成催化剂和污水的分离。 在磁性 TiO2 光催化材料的磁性核心 选择上，目前已有不少研究者进行了研究，其中主要以 γF为e载2O体3 、，F通e过3O二4 、组C分o或Fe多2O组4 分、包Ni覆Fe2TOiO42、实M现nF在e2不O影4 等响磁其性光介催质化 效率的同时完成磁性回收的过程。
(1)共沉淀法
按物质的量之比为Co2+: Fe3+=1: 2,称取 一定量的硝酸钴和三氯化铁,溶于100ml 去离子水中,在电动机械搅拌同时水浴 升温至62℃;然后加入NaOH溶液调节pH 至11-13;继续机械搜拌并超声分散,加 热升温至72℃,恒温反应1h,磁力沉降, 水洗3次,得到铁酸钴纳米磁性粒子。
光 催 化 机 理 图
3. TiO2光催化反应的影响因素
（1）TiO2晶型的影响 TiO2有三种晶型：锐钛矿型、金红石型和板钛矿型。其中具 有光催化活性的主要是锐钛矿型和金红石型，一般认为锐钛 矿型活性较高。
（2） TiO2晶粒尺寸的影响 对于纳米半导体粒子而言，粒径越小，电子从体内扩散到表 面的时间越短，电子与空穴复合的几率越小，电荷分离效果 越好，从而导致催化活性的提高。