貴金屬摻雜銳鈦礦TiO2光催化性能的第一性原理研究

吳方棣，楊自濤，胡家朋，李素瓊

(1.武夷學(xué)院福建省生態(tài)產(chǎn)業(yè)綠色技術(shù)重點實驗室，武夷山 354300；2.嘉應(yīng)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，梅州 514015)

1 引 言

TiO2作為最早開發(fā)利用的光催化材料，由于其廉價、無毒、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，一直是光催化領(lǐng)域的首選.但由于其能帶寬度較大(銳鈦礦TiO2為3.2 eV)，只能利用紫外光和對可見光的利用率低等缺陷，從而使其應(yīng)用的成本較高，極大限制其在光催化過程的應(yīng)用.因此減小能帶寬度提高其對可見光的利用率一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點.

對TiO2進行摻雜改性是減小能帶寬度，提高其可見光利用率的一個有效手段，在摻雜改性中，又以金屬及其復(fù)合物的形式最為常見.李沙沙等[1]，采用水熱法制備了La、Co共摻雜的金紅石相TiO2復(fù)合光催化劑，XRD測試表面摻雜沒有改變TiO2的的晶型結(jié)構(gòu)，仍為金紅石相，但提高了TiO2表面缺陷濃度，有效的提高了材料的光催化性能.劉月等[2]對Y，La，Gd等16種稀土摻雜銳鈦礦型TiO2進行了幾何結(jié)構(gòu)、摻雜能帶、電子態(tài)密度等的理論研究，結(jié)果表明：Y，La，Gd，Lu，Ce，Eu，Yb和Tb摻雜有利于提高TiO2的光催化性能.Altomare[3]通過正十二烷基三甲基氯化銨預(yù)制穩(wěn)定的金屬(Pt、Pd、Au和Ag)納米顆粒膠態(tài)懸浮液，讓其在P25 TiO2分散液中沉積，制備得到不同金屬摻雜的TiO2光催化劑.研究表明貴金屬納米顆粒的摻雜相當(dāng)于電子陷阱，確保更好地分離光生電子對，從而提高空穴介導(dǎo)的氧化反應(yīng)速率，有利于光催化氧化過程.Luo等人[4]采用溶膠-凝膠法制備了La/Fe/TiO2復(fù)合光催化劑.其制備的TiO2沒有摻雜時為金紅石相，摻雜La/Fe時為銳鈦礦.La/Fe/TiO2復(fù)合光催化劑比純的TiO2有更強的可見光響應(yīng)能力、更大的比表面積和更規(guī)整的形貌；……