氮摻雜二氧化鈦光催化活性的研究

盧宇飛

【摘要】氮摻雜二氧化鈦雖然具有可見光光催化活性，但其可見光光催化活性效果仍不能達到理想效果，同時氮摻雜可能影響二氧化鈦的紫外光催化活性。本文綜述了提高氮摻雜二氧化鈦光催化活性方面的研究，并提出今后值得關注和研究的方向。

【關鍵詞】二氧化鈦；氮摻雜；光催化活性

中圖分類號：TB38文獻標識碼A文章編號1006-0278（2015）07-160-01

目前光催化技術已日益受到重視，成為環境污染治理的主要方法。污染物直接利用太陽能，在常溫常壓下就可轉化成H2O和CO2等無污染的小分子無機物是其主要優勢。由于TiO2在可見光下不具有光催化活性，這會影響其對太陽光的利用率，因此目前的研究熱點是提高TiO2的光催化活性使其在可見光范圍內都具有一定的催化性能。

一、提高N摻雜TiO2活性研究

（一）N摻雜對TiO2紫外光光催化活性的影響

Ghicov等對TiO2納米管進行注入N處理后，TiO2銳鈦礦結構變為無定形結構，使紫外光下的光電效率大大降低，但是再經過熱處理后，晶格恢復為銳鈦礦型，N-TiO2納米管在紫外光下的光電效率高于未摻雜TiO2納米管的，說明N摻雜沒有降低紫外光光催化活性，N摻雜對TiO2晶格有很大的影響。

N摻雜對TiO2的結構和表面狀態有很大的影響，如：采用溶膠——凝膠法時，N摻雜對TiO2煅燒時的結晶過程有明顯影響，對表面有機殘余物也有影響；用銳鈦礦TiO2氣相滲入法制備N-TiO2時，比表面積會減小等。N摻雜的這些效應必然也影響TiO2的光催化活性，而且這些效應又與制備方法密切相關。但是，影響N-TiO2紫外光光催化活性的原因還有待進一步研究。

（二）金屬修飾N-TiO2

采用貴金屬對N-TiO2進行表面修飾，可抑制光生電子和空穴的復合，使其有效分離。當貴金屬沉積或摻雜在TiO2上，由于貴金屬的Feimi能級較低，TiO2導帶電子將有效地轉移，使載流子重新分布，形成Schottky勢壘，成為電子俘獲陷阱，從而促進電子與空穴的有效分離和界面的電子遷移。

Zhang等研究N-Ni共摻TiO2的結果表明：Ni原子以Ni2O3形式存在，分散在TiO2表面，抑制光生電子——空穴對的再結合，提高光子效率，進而提高可見光光催化能力，認為光催化能力的提高系N、Ni共摻產生協同效應所致。

金屬對N-TiO2的修飾與合成工藝密切相關，即與金屬在N-TiO2中的狀態、分布等密切相關。

（三）N與其他非金屬共摻

Lin等研究P–N共摻TiO2的結果表明：N或P摻雜拓寬TiO2的可見光響應，只有N摻雜時，其可見光光催化活性有限；P摻雜TiO2的光催化活性則高于N摻雜的；P-N共摻后，可見光光催化活性進一步提高。In等研究結果表明：B-N共摻TiO2的可見光催化活性與單獨的同濃度B摻雜的相似，沒有出現協同效應。Balek等研究結果表明：F-N共摻TiO2具有較高的光催化活性。以上研究表明，其他非金屬元素與氮共摻，都有一定效果，但并不都產生協同效應，且有些研究并沒有分析清楚共摻后的光催化活性主要是由N引起的，還是由其他元素引起的。

（四）N-TiO2納米管

在N摻雜TiO2粉體的研究中，N-TiO2主要呈顆粒狀。近年來，為了獲得高催化活性的N-TiO2，制備其他形態的NTiO2，如N-TiO2納米管及介孔N-TiO2等。納米管具有高的比表面積，能增加電荷載流子的移位，可提高光催化反應效率。

（五）銳鈦礦N-TiO2與其他TiO2相混合

P25催化劑是銳鈦礦和金紅石的純TiO2混合物，由于光生電子–空穴的有效分離使其顯示出可見光光催化活性。

此外，還有研究用來提高N-TiO2的光催化活性，如與碳納米管復合及進行敏化處理等。目前N-TiO2制備的方法很多，不同工藝制備的N-TiO2的N摻雜濃度、表面有機殘余物、顆粒間的團聚情況差別很大。制備工藝的選擇及優化也應是提高光催化性能的有效方法，同時也助于進一步深入研究N-TiO2可見光活性的機理。

二、結語

N-TiO2的光催化活性還有很大的局限性，提高可見光催化活性、改善紫外光催化活性方面的研究已經有很多，但由于目前還沒有統一的TiO2光催化活性評價體系，這些方法的效果難以對比，難以做出準確評價。進一步提高N-TiO2的可見光催化活性、改善紫外光催化活性應是今后該材料研究的重點問題之一。TiO2的光催化過程非常復雜，采用不同評價體系獲得的光催化活性結果難以進行對比，阻礙了N-TiO2理論和應用的研究，因此應盡快研究建立一個被廣泛認可的光催化活性評價體系，才更有利于彼此研究結果的交流和比較，才更有利于N-TiO2及其他TiO2基催化材料研究的進一步深入。

參考文獻：

[1]GHICOV A， MACAK J M， TSUCHIYA H， et al. Ion implantation and annealing for an efficient N-doping of TiO 2 nanotubes [J]. Nano Lett， 2006，6（5）：1080-1082.

[2]LIN L， ZHENG R Y， XIE J L， et al. Synthesis and characterization ofphosphorandnitrogen co-doped titania[J].Appl Catal B： Environ， 2007（76）：196-202.