3 氧化钦纳米颗粒薄膜催化特性改进技术
图5中a、b、c三条曲线分别为TiO2薄膜的吸收谱、太阳光谱及荧光灯的发光谱。TiO2可以吸收紫外光,但对于可见光的响应非常微弱。而紫外光在太阳光和荧光灯中占很小一部分比例,所以这就极大的限制了TiO2作为光催化剂的使用。因此,专家提出对TiO2进行改性,以增大TiO2对太阳光的响应波长范围提高TiO2的光催化活性。
3.1催化特性改进技术
由于TiO2在可见光的照射下,催化效果并不显著,造成TiO2在太阳光的利用率上明显下降。因此,必须要对TiO2的特性进行改进。
3.1.1贵金属沉积
由于微量的贵金属沉积在TiO2的表面上,改变了贵金属与TiO2接触面的电子分布状况。贵金属会和TiO2有一个电势差,电子就会不断地从TiO2向金属迁移,直到它们的电势差消除,在两者的接触面上形成了一个肖特基势垒。肖特基势垒可以作为一个有效陷阱捕获TiO2表面的光生电子,从而有效抑制空穴一电子对的复合。但是贵金属的沉积量会对光催化有不同的影响,过量的贵金属沉积反而会抑制TiO2的光催化活性。因此,贵金属沉积量的适度范围仍是现如今专家们研究的方向。
3.1.2金属离子的掺杂
金属离子的掺杂方法大致有溶胶一凝胶法、共沉淀法、浸渍法、水热法等。不同金属离子对TiO2的光催化活性的影响不同,有的金属离子能提高光催化活性,但也有的金属离子能抑制光催化活性。金属离子掺杂对TiO2活性影响的机理十分复杂,学者并没有形成一致的结论。从目前的研究现状来看,金属离子的掺杂影响光催化活性的机理来说大致可以分为以下四种:延伸了TiO2对可见光的响应范围;减少电子一空穴的复合率;对TiO2晶粒结构的影响;对TiO2晶型结构转变的影响。
3.1.3光敏化
光敏化改性的原理为:由于TiO2对光活性物质有很强的吸附能力,这些光活性物质在受到可见光的照射时激发出自由电子,并转移到TiO2上去,因此使TiO2的激发波长扩大至可见光区域。根据光敏化改性的原理,对光敏材料的要求主要包括:光敏化材料本身具有稳定性;对TiO2有很强的吸附能力;激发态能级与TiO2能级相匹配等。最为常用的光敏剂是染料,如叶绿素、花青素、酞蔷等。