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二氧化钛基光催化剂异质结的构筑及可见光催化活性的研究TiO<sub>2</sub>具有化学稳定性高、价格低廉和无毒性等优势,目前已广泛应用在环境污染物治理和新能源开发等领域。
但是,TiO<sub>2</sub>存在的固有缺陷,如低的可见光吸收性能、大的禁带宽度和高的光生载流子复合速率,在可见光应用下严重地制约着它的催化活性的发挥,无法满足日常环境下的使用要求。
研究人员在TiO<sub>2</sub>方面已做了众多研究,试图通过不同的途径来弥补TiO<sub>2</sub>的不足,以期制备出工业应用级催化剂。
主要的研究途径有单质/离子修饰,表面功能团构建,多相复合等。
在这众多的改性方法中,半导体复合引起了人们广泛的关注。
这是因为利用多相物质的相互作用可以产生协同效应,这种协同效应对TiO<sub>2</sub>使用过程中内部的电子和空穴分离机制有显著的影响。
这种方法具有的易操作性和有效性使得其在TiO<sub>2</sub>相关研究中广受青睐。
以形貌结构调控和异质结构筑两条途径为指导,我们成功制备出三组具有不同异质结结构和形貌特征的TiO<sub>2</sub>基光催化剂,主要研究了多相之间的异质结对材料降解过程载流子产生的作用。
本文的主要研究工作包括:（1）以具有带状形貌的TiO<sub>2</sub>作为基体,选用可见光催化剂Sb<sub>2</sub>WO<sub>6</sub>为第二相,通过水热法,成功地将Sb<sub>2</sub>WO<sub>6</sub>纳米粒子修饰在TiO<sub>2</sub>纳米带的表面。
二氧化钛基Z型异质结的构建及其光催化性能研究二氧化钛基Z型异质结的构建及其光催化性能研究摘要：二氧化钛是一种常见的光催化材料，具有广泛的应用前景。
本文通过构建二氧化钛基Z型异质结，探究其光催化性能，并对其进行深入研究。
实验结果表明，二氧化钛基Z型异质结具有较高的光催化活性，并且在可见光区域也展现出优异的光催化性能。
这一研究为二氧化钛基Z型异质结的应用提供了理论依据。
关键词：二氧化钛；Z型异质结；光催化性能；可见光催化1. 引言二氧化钛（TiO2）作为一种重要的光催化材料，已经在环境污染治理、水处理、可再生能源等领域得到了广泛的应用。
然而，传统的二氧化钛只能在紫外光区域（波长小于387 nm）被激发，限制了其在可见光区域的应用。
为了解决这个问题，学者们开始研究构建二氧化钛基Z型异质结，试图利用其在可见光区域的催化性能。
2. 实验方法2.1 材料制备本实验使用溶胶-凝胶法制备二氧化钛基Z型异质结。
首先，将钛酸异丁酯与正丁醛溶于无水乙醇中，并加入适量的去离子水。
然后将溶胶混合液搅拌均匀，并静置于室温下进行凝胶反应。
最后，将凝胶样品在空气中热处理，得到二氧化钛基Z型异质结。
2.2 光催化性能测试通过紫外-可见吸收光谱和光催化分解罗丹明B（RhB）的实验，评估二氧化钛基Z型异质结的光催化性能。
首先，使用紫外-可见吸收光谱测试仪测量样品在可见光区域的吸收情况。
接下来，在紫外光照射下，将含有RhB的水溶液与样品一起置于黑暗中反应一定时间。
之后，通过测量溶液中RhB的消除程度，评估样品的催化效果。
3. 结果与讨论通过紫外-可见吸收光谱测试，观察到二氧化钛基Z型异质结在可见光区域（波长为400-700 nm）出现了新的吸收峰。
这表明二氧化钛基Z型异质结能够吸收可见光，并且转化为光催化活性。
在光催化分解RhB的实验中，观察到含有二氧化钛基Z型异质结的溶液在紫外光照射下，RhB的降解速度明显提高。
与纯二氧化钛相比，二氧化钛基Z型异质结在可见光区域有更好的光催化活性。
二氧化钛光催化剂一、二氧化钛光催化剂的奇妙世界你听说过二氧化钛光催化剂吗？如果没听说，那就来，今天我给你开开眼，带你走一遭！说到这个东西，它其实很神奇，简单来说，就是一种能在光照下发挥魔法的材料。
别看它名字这么拗口，二氧化钛其实就是我们生活中常见的那种白色粉末，它可是大名鼎鼎的“光催化剂”，听上去挺高大上的对吧？其实它就是通过吸收光能，激发一些化学反应，帮助分解有害物质、杀菌消毒、甚至还能分解空气中的污染物，简直就是现代科技的“环保英雄”。
是不是有点像科幻电影里的超级武器？其实它的作用比我们想象的还要广泛。
比如，在太阳光的照射下，二氧化钛能够分解空气中的有害气体，像是甲醛、氨气什么的，瞬间就消失不见。
咳，这可不是说着玩的，真有这本事。
那它怎么做到的呢？别急，别急，听我慢慢道来。
其实二氧化钛光催化剂的“秘诀”就在于它能在紫外线的照射下，激发出一些电子和空穴，这两个小家伙就像是你家里的电器插头一样，连接了反应的能量，瞬间就让一些有害分子“崩溃”了。
想想看，空气中的脏东西被“吃掉”，我们呼吸的空气瞬间变得清新，生活环境变得更美好，这种感觉，简直不要太棒！二、二氧化钛的应用场景，简直随处可见！别光听我讲，来看看二氧化钛到底在哪些地方大显身手吧！你知道吗？它不仅仅是在实验室里高高在上的“学术材料”，它早就悄悄地进入到我们的日常生活中了。
最常见的一个地方，就是建筑行业。
你有没有注意到现在越来越多的建筑表面，尤其是那些玻璃幕墙上，常常会有一种“自洁”效果？其实这就是二氧化钛光催化剂的杰作！它能利用太阳光分解掉附着在建筑表面上的灰尘、污垢等，省去了人工清洁的麻烦，简直是懒人福音。
你想想，以后那些大楼上再也不用担心积灰了，就像是给大楼穿上了一层“隐形防护罩”。
它还能够“净化空气”，让周围的环境空气质量更好，住在附近的人也能享受到“绿色”福利。
再比如，咱们日常生活中常用的那种空气净化器，里面也有二氧化钛的身影哦！空气净化器不仅仅是过滤空气中的灰尘和花粉，它还能在紫外光照射下，借助二氧化钛分解空气中的细菌、病毒和有害物质，帮助我们创造一个更健康的室内环境。
表面技术第52卷第11期ZnO基Z型异质结结构光催化性能研究进展吴敏科，任璐*，任瑞祥，李家豪，赵超凡，余洋（苏州科技大学 土木工程学院，江苏 苏州 215011）摘要：氧化锌（ZnO）作为一种常见的光催化剂，存在光能利用率低、效率低、易失活等缺陷，限制了其广泛应用。
通过与带隙结构匹配的半导体材料构筑异质结结构，是解决上述问题的有效途径。
其中，Z型异质结结构是一种新型异质结，由于其电子转移过程构成了英文字母Z的形状，因而称之为Z型异质结。
在光生载流子迁移上，Z型异质结具有独特的结构特点。
不仅能够增加光生电子与空穴的分离效率，还能保持较高的氧化还原能力。
系统地从Z型异质结、二元Z型异质结结构、三元Z型异质结结构3个方面综述了近期ZnO基Z型异质结结构在光催化方面的研究进展。
对ZnO与半导体氧化物、半导体硫化物及其他半导体材料构成二元Z型异质结的机理及其催化性能的提高进行了概括总结。
梳理了三元异质结的光催化机理及三元Z型异质结在光催化性能上的优势。
最后对Z型异质结的研究进行总结，为纳米ZnO光催化氧化技术的应用发展提供参考。
关键词：氧化锌；Z型异质结；光催化；半导体；有机污染物中图分类号：O649.2 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)11-0200-16DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.11.015Research Progresses on Photocatalytic Properties of Z-schemeHeterojunction Structures Based on ZnOWU Min-ke, REN Lu*, REN Rui-xiang, LI Jia-hao, ZHAO Chao-fan, YU Yang(School of Civil Engineering, Suzhou University of Science and Technology, Jiangsu Suzhou, 215011, China)ABSTRACT: As a common photocatalyst, Zinc oxide (ZnO) has some defects, such as poor utilization of light energy, low efficiency and easy deactivation, which limit its wide applications. It is one of the hotspots to solve the above problems to construct ZnO-based heterojunction structures by selecting semiconductor materials that can match the ZnO-band gap structure.Recently, forming Z-scheme heterojunction of ZnO is a new approach to improve its photocatalytic performance because its electron transfer process forms the shape of the English letter "Z". This paper systematically introduced the research progress of nano ZnO photocatalytic efficiency improvement from three aspects: Z-scheme heterojunction structure, binary Z-scheme heterojunction structure, and ternary Z-scheme heterojunction structure. Firstly, heterojunction structures and Z-scheme heterojunction structure were explained in details. Heterojunction structures referred to the contact interfaces between two semiconductor materials with different band structures. Among them, Type-Ⅱtype heterojunction structures were arranged in a收稿日期：2022-08-15；修订日期：2023-03-01Received：2022-08-15；Revised：2023-03-01基金项目：国家自然科学基金（51902219）；江苏省自然科学基金（BK20190949）；苏州科技大学大学生创新训练项目（202110332040Y）Fund：National Natural Science Foundation of China (51902219); Natural Science Foundation of Jiangsu Province (BK20190949); Innovative Training Program for College Students of Suzhou University of Science and Technology (202110332040Y)引文格式：吴敏科, 任璐, 任瑞祥, 等. ZnO基Z型异质结结构光催化性能研究进展[J]. 表面技术, 2023, 52(11): 200-215.WU Min-ke, REN Lu, REN Rui-xiang, et al. Research Progresses on Photocatalytic Properties of Z-scheme Heterojunction Structures Based on ZnO[J]. Surface Technology, 2023, 52(11): 200-215.*通信作者（Corresponding author）第52卷第11期吴敏科，等：ZnO基Z型异质结结构光催化性能研究进展·201·staggered manner of the two bands, which was the most studied traditional heterojunction structure. Different from Type-Ⅱtraditional heterojunction, the specific carrier migration process of Z-scheme heterojunction structure was as follows: the electrons in the conduction band of the semiconductor Ⅱrecombined with the holes in the valence band of the semiconductor Ⅰ. Meanwhile, the residual electrons mainly existed in the conduction band of semiconductorⅠ, and the holes mainly existed in the valence band of semiconductor Ⅱ. Thus, Z-scheme heterojunction structure had a higher separation efficiency of photogenerated carriers and maintained a high redox capacity. Secondly, ZnO-based binary Z-scheme heterojunction structures were discussed and the mechanisms of the improved of catalytic performance were summarized. Those binary Z-scheme heterojunctions were formed by ZnO with semiconductor oxides (e.g. WO3/ZnO, TiO2/ZnO, CeO2/ZnO, Cu2O/ZnO), semiconductor sulfides (e.g.ZnS/ZnO, CdS/ZnO), and other semiconductor materials (e.g.g-C3N4/ZnO, Ag3PO4/ZnO). The photogenerated electrons retained in the conduction band of ZnO or matched semiconductor maintain high reduction capacity, and the photogenerated holes retained in the valence band of matched semiconductor or ZnO maintain high oxidation capacity.Eventually, the composite catalyst showed better photocatalytic activity. The binary Z-scheme heterojunction constructed with the visible-light semiconductor catalyst could also promote the light response range of ZnO-based photocatalyst from ultraviolet light to visible light, which improved the utilization of light energy, and solved the limitation of ZnO excited only by ultraviolet light. Thirdly, the photocatalytic mechanism of ternary heterojunction and the advantages of ternary Z-scheme heterojunction in photocatalytic performance were reviewed.The ZnO-based ternary Z-scheme heterojunction structure was more complex than the binary heterojunction in terms of composition and charge migration. The most common type of ternary Z-scheme heterojunction was the inclusion of noble metal as an intermediate electron medium between two semiconductor materials (e.g. ZnO-Ag-BiVO4, ZnO-Au-ZnAl2O4).The ternary Z-scheme heterojunction structure of noble metal-ZnO system also could be built through the ZnO-based binary Z-scheme heterojunctions further modified by noble metals (e.g.Au-g-C3N4-ZnO). Other constructions of ternary Z-type heterojunctions were composed of three kinds of semiconductor materials, resulting in a double Z-scheme charge transport (e.g.ZnO/ZnWO4/g-C3N4, Bi2MoO6/ZnSnO3/ZnO). Finally, the research prospect of Z-scheme heterojunctions was summarized.Compared with pure ZnO photocatalyst, ZnO-based Z-scheme heterojunction structure had more potential in the catalysts design, and had more advantages in degradation of organic pollutants, hydrogen production and other photocatalysis. That provides a reference for the design, preparation and performance improvement of other semiconductor materials.KEY WORDS: ZnO; Z-scheme heterojunction; photocatalysis; semiconductor; organic pollutants半导体氧化物具有优异的光催化性能，在环境治理、能源和资源等方面具有很大的应用潜力。
光催化间接Z型异质结是一种具有特殊能带结构的半导体异质结构，在光催化反应中具有较高的催化活性和光吸收能力。
光催化是一种利用光能激发半导体材料产生载流子，并利用载流子参与化学反应的技术。
异质结是由两种不同材料组成的界面结构，光催化间接Z型异质结由两种能带类型相反的半导体材料构成。
在光催化间接Z型异质结中，通常研究的是一种能带类型为n型的半导体和另一种能带类型为p型的半导体材料组成的结构。
由于能带类型不同，电子在n型材料中形成电子空穴对，而在p型材料中形成空穴电子对。
这样，在界面处形成一个电子和空穴不易重组的势垒，形成Z型结构。
光照射到光催化间接Z型异质结上时，光子激发了电子和空穴对，由于电子和空穴分别在不同的半导体材料中被产生和分离，电子和空穴在内部形成了长寿命的分离状态，这有利于利用催化剂表面上吸附的反应物质进行催化反应。
光催化间接Z型异质结的优势在于增加了光吸收能力，提高了光催化反应的效率。
由于电子和空穴在异质结中长时间分离，减少了电子和空穴的复合，提高了催化反应的活性。
利用光催化间接Z型异质结进行光催化反应，可以应用于水分解、光解水制氢、光催化降解有机污染物等领域，有望实现可持续能源和环境保护方面的应用。
此外，对于新能源、环境治理等领域的研究，光催化间接Z型异质结还具有深远的科学意义和应用价值。
二氧化钛基可见光光催化剂及其降解性能的研究二氧化钛基可见光光催化剂及其光催化性能的研究摘要近年来，能源短缺和环境污染问题越来越备受关注，光催化半导体材料能很好解决这一问题，实现清洁能源生产和污染物被环境友好的降解。
目前有很多关于半导体光催化剂进行污染物降解的研究，但可见光利用率低以及光生电子-空穴对的快速复合是限制其应用的两个主要因素。
因此，研发制备绿色、高效的可见光催化体系是解决上述问题的关键。
本文围绕调控二氧化钛基可见光半导体材料的结构形貌等影响光催化性能因素，进行黑色TiO2和SnS2/TiO2可见光光催化材料制备方法创新及优化研究，借助SEM（扫描电子显微镜）、TEM（透射电子显微镜）、XRD（X射线衍射仪）、XPS（X射线光电子能谱）、UV-VIS（紫外漫反射）、N2-BET（氮气-比表面积测定仪）等各种表征手段，探讨了材料具有良好催化性能的本质，并进行光催化材料的可见光催化降解染料及水解产氢性能测试。
主要研究内容如下：采用低温溶胶-凝胶自掺杂法制备可见光黑色TiO2，以酞酸丁酯为原料、无水乙醇为分散剂、硝酸为抑制剂得到凝胶前驱体，灼烧一定时间制备出黑色TiO2可见光材料。
在灼烧温度为250°C、灼烧时间为30 min、pH值为5、85%乙醇水为溶剂条件下制备得到比表面积大、锐钛矿相、高催化活性的纳米片可见光黑色TiO2材料。
TEM图表明黑色TiO2呈不规则纳米片状，黑色TiO2纳米片状长度为200~1000 nm，宽度约50~500 nm。
并且黑色TiO2可见光材料表面呈现不同晶面和晶向，且经测量不同晶向的晶面间距分别为0.270 nm或者0.342 nm。
结合XPS 结果表明，黑色锐钛矿可见光TiO2表面出现了一层无序层，是由于氧空位生成所导致，这一结构的产生可以提供更多的捕获光生电子-空穴对的陷阱，从而提高黑色TiO2的可见光催化活性。
通过研究其可见光催化降解甲基橙（MO）性能及产氢性能，发现在模拟太阳光光照下，仅需120 min可完全光催化降解20mg/L 的甲基橙溶液；该黑色TiO2也表现出较高的可见光催化产氢活性，其产氢速率为71.08 μmol·g-1·h-1。
二氧化钛基光催化剂
二氧化钛（TiO2）基光催化剂是一种常见的光催化材料，其具有
高度的化学稳定性、化学惰性、无毒性和优异的光催化性能。
二氧化
钛基光催化剂广泛应用于环境监测、水处理、有机物降解以及光催化
剂敏化太阳能电池等领域。
首先，二氧化钛基光催化剂的工作原理是利用紫外线或可见光辐
射照射下，激发导带中的电子跃迁到价带中形成电子空穴对，进而发
生非平衡电荷分离的现象。
在此过程中，电子和空穴对分别与附近分
子进行反应，从而发生催化反应，如降解有机物或水分解等。
此过程
不仅仅具有环保效果，而且可以实现“源头治理”。
其次，二氧化钛基光催化剂的制备方法多种多样，常见的制备方
法包括溶胶-凝胶法、水热法、电化学沉积法等等。
其中，溶胶-凝胶
法是最为广泛应用的方法之一。
它是通过溶液中的饱和度、溶液pH值
以及加热速率等因素来调节二氧化钛基光催化剂的晶型、晶粒大小和
密度等物理化学性质，从而实现对催化性能的控制和调节。
然后，二氧化钛基光催化剂的应用领域非常广泛。
首先，它可以
应用于地表水和地下水的净化，通过紫外线的照射，将有机物和污染
物分解为无害物质，净化水体。
其次，它也可以应用于污染空气的治理，将空气中的有害气体基分解为无害分子。
最后，它还可以应用于
对食品和药品的绿色合成，催化反应速率快，产生的无毒产物，无需
进行后期处理。
综上所述，二氧化钛基光催化剂是一种很有前途的环保材料。
其
制备简单、催化性能稳定、无需添加其他催化剂、催化效率高等优点，以及应用范围广泛等因素，使其成为环境和生物领域的研究热点。
二氧化钛作为光催化剂的研究近年来，人们对于环境污染问题的关注度越来越高，特别是光污染和空气污染。
为了减少环境污染，开发一种高效、经济、环保的技术成为迫切需求。
二氧化钛（TiO2）作为一种光催化剂，因其卓越的光电化学性能和化学稳定性，吸引了广泛的研究兴趣。
二氧化钛作为一种常用的光催化剂，具有以下几个重要的优点。
首先，二氧化钛是一种廉价、可再生的材料，易于生产和大规模应用。
其次，二氧化钛具有较高的光催化活性和化学稳定性，在常温下就可以进行光催化反应。
再次，二氧化钛对可见光的利用效率较低，可有效抑制光生电子-空穴对的复合，提高光催化反应的效率。
最后，二氧化钛的表面可以通过改性来调控其光催化性能，使其适应不同环境下的需求。
然而，二氧化钛的光催化活性主要局限于紫外光区域，且光生电子-空穴对的复合速度较快，影响了光催化反应的效率。
因此，提高二氧化钛的光催化活性和抑制复合效应是当前研究的重点。
为了提高二氧化钛的光催化活性，一种常用的策略是通过合成纳米结构的二氧化钛。
纳米结构的二氧化钛具有较大的比表面积和量子尺寸效应，可以增加光吸收量和光生电子-空穴对的生成量。
此外，通过调控和表面修饰，可以进一步提高纳米结构二氧化钛的光催化活性。
例如，金属减数剂、杂化材料和共掺杂等方法都可以有效地改善二氧化钛的光催化性能。
另外，金属氧化物或其他半导体材料与二氧化钛的复合也是提高光催化活性的一种重要策略。
这种复合材料能够充分利用不同材料的优点，实现光催化性能的协同增强。
例如，二氧化钛与锌氧化物、硫化物或硝酸铋复合，能够扩展光吸收范围和提高光催化活性。
除了以上策略，应用外界电场或磁场也能提高二氧化钛的光催化性能。
外部电场和磁场可以改变电子和空穴的传输行为，促进光生电子-空穴对的分离，并减缓其复合速度。
这种方法尚需进一步研究和优化，以实现在实际应用中的可行性。
综上所述，二氧化钛作为一种光催化剂，在环境污染治理和可持续发展方面具有巨大潜力。
