纳米TiO2掺杂改性及应用的研究进展

引言工业的飞速发展深刻变革着人们的生活与生产方式。

但其发展过程中的排放问题造成了巨大的环境污染。

因此，有效、安全、能耗低的光催化技术也成为当今的研发热点之一。

纳米二氧化钛是当前光催化技术常用的一种半导体材料。

其具有生物无毒性、高催化活性、成本较低等诸多优点。

但其结构上有一定的缺陷，例如：其禁带宽度为3.2eV、其电子空穴易复合等，这些使得其光催化性能降低。

因此，对二氧化钛进行改性以期改善其处理污水的效果是当今的热点话题之一。

一、二氧化钛光催化原理TiO2的光催化原理如图1所示。

其价带上的电子在吸收足够能量后，跃迁至导带，形成光生电子。

同时，价带上形成空穴，生成空穴——电子对。

空穴与光生电子对在电场的作用下发生分离，一同迁移到TiO2粒子的表面。

其中，空穴可以引发氧化反应，光生电子具有还原性，二者共同作用进而降解污染物。

图 1　二氧化钛光催化原理示意图但TiO2禁带宽度较宽，难以响应可见光；且电子与空穴自身复合率就较高。

以上原因都导致纳米TiO2的催化活性和催化效率较低，难以运用到光催化领域中。

二、纳米二氧化钛的制备1.微波水热法微波有助于加快化学反应，可用微波水热法制备纳米TiO2。

胡能等采用水热法制备了具有光催化活性的纳米TiO2。

继而对其结构、光学吸收与相态等方面进行表征分析，最后得出结论：在紫外光条件下，纳米TiO2能迅速降解废水里的染料等有机物，不仅对环境友好，同时具有高效率、稳定性强、节约能源等优点。

2.溶胶—凝胶法溶胶凝胶法是一种使用时间远超于微波水热法的新方法，其使用优点主要在于高混合性，反应物的分子在形成的凝胶中可以充分混合继而达到更加优秀的催化效果。

并且反应条件并不严苛，无须高温，能耗低，且反应大多数处于纳米状态。

但此法前期造价高昂，且反应时间较长，往往在几天或几周不等。

孙鹏飞等用溶胶—凝胶法合成的改性TiO2拥有较好的光催化性能，其中 Fe3+改性催化剂要优于B3+改性TiO2。

黑色二氧化钛纳米材料研究进展黑色二氧化钛纳米材料是一种新型的纳米材料，由于其独特的物理、化学和光学性质，近年来备受。

本文将概述黑色二氧化钛纳米材料的制备方法、性能研究及其应用前景，并探讨当前研究的不足和未来需要进一步解决的问题。

黑色二氧化钛纳米材料的制备方法主要有化学气相沉积、液相合成和物理气相沉积等。

其中，化学气相沉积法是通过引入气态反应剂，使反应在催化剂表面进行，从而生成纳米材料。

液相合成法是将钛源、氧源和碳源等混合在溶剂中，通过控制反应条件合成出黑色二氧化钛纳米材料。

物理气相沉积法则是将钛源和氧源在高温下蒸发，然后在低温区快速冷凝，生成黑色二氧化钛纳米材料。

黑色二氧化钛纳米材料的性能主要包括物理性能、化学性能和光学性能。

物理性能方面，黑色二氧化钛纳米材料具有高比表面积、高透光性和良好的热稳定性等。

化学性能方面，黑色二氧化钛纳米材料具有优异的耐酸碱性和化学稳定性，能在广泛的环境条件下保持稳定。

光学性能方面，黑色二氧化钛纳米材料具有宽广的可见光透过范围和良好的紫外线屏蔽性能。

由于黑色二氧化钛纳米材料具有优异的性能，其在众多领域都具有广泛的应用前景。

例如，在光催化领域，黑色二氧化钛纳米材料可以用于降解有机污染物和杀菌消毒。

在太阳能电池领域，黑色二氧化钛纳米材料可以作为透明电极材料，提高太阳能电池的光电转化效率。

在涂料领域，黑色二氧化钛纳米材料可以用于制造高效能涂料，提高涂料的防晒、耐污和耐候性能。

黑色二氧化钛纳米材料作为一种新型的纳米材料，具有优异的物理、化学和光学性能，使其在众多领域具有广泛的应用前景。

然而，目前关于黑色二氧化钛纳米材料的研究仍存在不足之处，例如其制备方法尚需进一步优化以提高产量和纯度，同时其应用领域也需要进一步拓展。

未来，研究人员需要进一步解决这些问题，同时深入研究黑色二氧化钛纳米材料的潜在应用价值，为其在更多领域的应用奠定基础。

合成纳米二氧化钛的方法很多，主要包括物理法、化学法以及生物法。

作者简介:吴雪松,男,江西九江人,硕士研究生,从事与环境功能材料的设计与研发,E -mail :fengcaihangban @ ,TEL :1376714020收稿日期:2008212210TiO 2光催化剂非金属掺杂的机理研究进展吴雪松,唐星华,张　波(南昌航空大学环境与化学工程学院,江西南昌　330036) 摘　要:根据国内外对TiO 2光催化剂改性的研究状况,将TiO 2光催化剂的改性研究分为金属离子掺杂、贵金属沉积、表面光敏化、复合半导体、非金属离子掺杂等方面。

其中,非金属掺杂较其他方式的掺杂优势明显,但其机理研究不够深入。

对TiO 2光催化剂的各种非金属掺杂的机理研究进展进行了综述。

关键词:TiO 2;非金属;改性 中图分类号:O 64411 文献标识码:A 文章编号:167129905(2009)0520033203 TiO 2在常温常压下能使水中造成污染的有机物较快地完全氧化为CO 2和H 2O 等无害物质,具有表面晶格缺陷、高比表面能、化学性质稳定、无毒、反应速度快、价格低廉等优点,是一种较为理想的光催化剂。

但是,TiO 2作为光催化剂的应用也存在不容忽视的缺点:吸光频带窄,光生空穴电子复合速度快,量子产率低,只对太阳光中的紫外光有响应。

为此,各国科研工作者积极探索TiO 2的改性方法。

TiO 2的改性大致包括金属离子掺杂、贵金属沉积、表面光敏化、复合半导体、非金属离子掺杂。

掺杂金属离子、金属氧化物,贵金属沉积、复合半导体等方法都有较好的可见光响应特性,但金属元素的掺杂使热稳定性变差,易成为电子-空穴对复合中心,降低了光催化活性,并且金属元素注入的成本也较高。

另外,金属元素掺杂还会降低紫外光活性。

表面光敏化存在受光腐蚀的现象,且可能产生二次污染。

与以上方法相比,掺杂非金属离子不但能将纳米TiO 2的光响应波长拓展至可见光区域,还能保持在紫外光区的光催化活性。

非金属元素掺杂TiO 2制取方式简单,光催化效率高,必将成为纳米TiO 2改性的主流方向。

2021年第1期广东化工第48卷总第435期 · 37 · TiO2掺杂改性提高光催化剂有机物降解能力技术研究进展芦琼*，翟莉慧，肖寒，王玫，马应海(中国石油石油化工研究院兰州化工研究中心，甘肃兰州730060)[摘要]纺织行业生产过程中产生大量有机废水，严重危害环境及人体健康，降解废水中有机污染物成为近年来环保领域的研究热点。

二氧化钛(TiO2)的非均相光催化是有效降解有机污染物最有前途的技术之一。

本文介绍了TiO2的光催化机理并且从金属离子掺杂、非金属离子掺杂、半导体复合、染料敏化等方面综述了提高TiO2光催化效率的研究进展。

[关键词]二氧化钛；光催化；改性；有机染料；掺杂[中图分类号]O643.36；O644.1 [文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2021)01-0037-03Research Progress of Doping Modification of TiO2 to Improve PhotocatalystOrganic DegradationLu Qiong*, Zhai Lihui, Xiao Han, Wang Mei, Ma Yinghai(Lanzhou Petrochemical Research Center Petrochemical Research Institute of PetroChina, Lanzhou 730060, China) Abstract:A large amount of organic wastewater from textile industry, which seriously impacts on the environment and human health. In recent years, the degradation of organic pollutants in wastewater has become a research hotspot in the field of environmental protection. The heterogeneous photocatalysis of titanium dioxide (TiO2) is one of the most promising technologies for the effective degradation of organic pollutants. In this paper, photocatalytic mechanism of TiO2 was introduced and the latest research progress on improving the photocatalytic efficiency of TiO2 was summarized which include metal ion doping, non-metal ion doping, composite semiconductors, dye sensitization and so on.Keywords: titanium dioxide；photocatalysis；modification；organic dye；doping半导体光催化作为一种绿色化学技术，近年来受到了极大的关注，在众多的半导体光催化剂中，TiO2作为一种新型的半导体光催化剂，除了具有化学稳定高、氧化能力强、易获取、无毒、制备成本低及反应条件温和等优点外，还具有降解污染物速度快且较完全的特点，被广泛用于各个领域[1]。

TiO2的改性及其光催化去除NOx机理研究TiO2的改性及其光催化去除NOx机理研究摘要：近年来，由于工业活动和汽车尾气的排放，大气中的氮氧化物（NOx）浓度急剧增加，给人们的健康和环境造成了严重威胁。

因此，寻找高效、环境友好的NOx去除方法具有重要意义。

其中，光催化技术由于其高效、低成本和无二次污染等特点而备受关注。

TiO2作为一种重要的光催化材料，其光催化性能可以通过改性来进一步提升。

本文综述了TiO2的几种常见改性方法，并重点介绍了改性后的TiO2在光催化去除NOx中的应用和相应的机理研究。

关键词：TiO2，改性，光催化，NOx，机理1. 引言大气中NOx的来源主要包括工业排放、汽车尾气和燃料燃烧等。

NOx对人体健康和环境造成了严重威胁，如导致呼吸系统病变、光化学烟雾和酸雨的发生等。

传统的NOx去除方法包括吸收、氧化和催化还原等，但存在着成本较高、操作复杂和生成二次污染物等问题。

相比之下，光催化去除NOx技术具有高效、低成本和无二次污染等特点，因此备受关注。

2. TiO2的常见改性方法TiO2的改性可以通过不同的方法进行，如掺杂、复合和表面修饰等。

其中，掺杂是指通过将其他金属或非金属元素掺入TiO2晶格中来改变其物理和化学性质。

复合则是将其他纳米材料与TiO2进行混合，形成复合光催化材料。

表面修饰是指通过在TiO2表面引入功能性物质，如金属氧化物、有机染料和聚合物等。

这些改性方法可以提高TiO2的光吸收能力、光生电子-空穴对的分离效率和光催化活性，进而提高其去除NOx的效率。

3. TiO2改性在光催化去除NOx中的应用通过改性，TiO2的光催化性能可以得到明显提升，进而应用于光催化去除NOx反应中。

以掺杂为例，金属离子（如N、Fe、Ag等）的掺杂可以改变TiO2的能带结构，增强其光吸收能力，并提高光生电子-空穴对的分离效率。

复合材料（如TiO2/SiO2、TiO2/ZnO等）的制备能够形成异质结构，提高光生电子-空穴对的利用效率，并增强光催化活性。

纳米TiO2的应用与制备的研究进展李俊（中南大学化学化工学院应化0903班）摘要本文主要介绍了纳米TiO2的制备方法的现阶段进展，从物理法，化学法，新型合成方法三方面介绍了国内外的研究进展，同时综述了纳米TiO2在传感器材料，催化剂载体，光催化剂、太阳能电池原料和紫外线添加剂等方面的应用。

关键词纳米粉体 TiO2化学法应用综述1.前言纳米技术是当今世界的研究前沿。

纳米级的TiO2因其化学性高、分散性好、吸收紫外线能力强等，广泛用于化工、涂料、塑料、橡胶、纤维、造纸、油墨、搪瓷、电子等行业。

对其研究比较深的主要有传感器材料、催化剂载体、光催化剂、处理水和空气中的污染物、杀菌、太阳能电池原料以及通过贵金属沉积、离子掺杂、染料敏化、半导体复合等方法来改变其光学性质这几方面。

TiO2俗称钛白粉，无毒、无味、无刺激性、热稳定性好。

其晶相结构有四种：金红石（Rutile）、锐钛矿（Anatase）、板钛矿（Brookite）和无定形，其中以金红石型和锐钛矿型TiO2应用最为广泛[1]。

这两种晶型的TiO2硬度、密度、折光指数、光催化活性等都有所不同、两种晶型的相对含量对产品性能有较大的影响。

本文主要介绍纳米TiO2的制备和其应用的研究进展。

2.纳米TiO2的应用研究2.1 传感器材料TiO2作为敏感材料，制成传感器可检测H2、CO等可燃性气体和氧气。

特别是用作汽车尾气传感器，通过测定汽车尾气的氧含量，可以控制汽车发动机的效率。

目前研制的电阻型TiO2半导体氧传感器，以其体积小、结构简单、价格便宜而受到人们的关注[2]。

中南大学的李赛[3]将尿素酶(urease)固载于不同粒径(5nm，25nm，2.4 p m)的TiO2膜上，在350℃，pH为7的条件下采用电位法研究吸附在纳米多孔Ti02上的尿素酶的活性变化。

在钛丝基体上沉积一层纳米TiO2多孔膜，然后直接将尿素酶吸附在Ti02膜上。

基于Ti02膜的pH响应，发展了一种廉价的、易于微型化的pH敏尿素酶传感器。

TiO2晶面调控改性研究TiO2是一种广泛应用的半导体材料，其在光催化、光电子、光学等领域具有重要的应用价值。

TiO2在一些方面存在着诸多的限制，例如其光电转换效率较低、光催化活性不够高等问题。

对TiO2进行晶面调控和改性研究具有重要的意义。

本文将着重介绍TiO2晶面调控改性研究的最新进展和研究现状。

1. TiO2晶面调控研究现状TiO2的晶体结构表现为锐钛矿和金红石两种类型的结晶形式。

锐钛矿型的TiO2比表面积和活性较高，但是由于其结构的限制导致了其在光催化过程中的电子-空穴对的复合和电子迁移率的限制。

金红石型的TiO2在一定程度上可以改善这些问题，但是其比表面积和活性较低。

TiO2晶面调控研究主要集中在如何在锐钛矿型和金红石型之间寻找到一个平衡点，即如何在保持高比表面积和活性的同时提高其电子迁移率和降低电子-空穴对复合率。

目前，研究者们主要通过表面修饰和掺杂的方式来实现TiO2晶面的调控。

表面修饰主要是利用一些功能化的分子或化合物来改变TiO2的晶面结构，从而提高其光催化活性和光电子性能。

而掺杂则是将一些其他元素引入TiO2的晶格中，以改变其晶体结构和电子结构，来实现对TiO2晶面的调控。

2. TiO2晶面调控改性研究的最新进展近年来，随着纳米科技和材料科学的快速发展，研究者们在TiO2晶面调控改性方面取得了许多新的进展。

一些研究团队利用钙钛矿材料来实现对TiO2的晶面调控，从而提高其光催化活性和光电子性能。

一些研究者还发现通过调控TiO2的晶面结构，可以提高其对某些有害气体的吸附能力，从而在环境净化方面具有重要的应用潜力。

在应用方面，TiO2晶面调控改性研究将有望在环境净化、光电子器件、光催化材料等领域发挥重要的作用。

通过对TiO2晶面的调控，可以提高其在太阳能电池、光催化水解等方面的性能，从而推动清洁能源的发展和利用。

TiO2晶面调控改性研究具有重要的价值和意义，其发展将有望推动相关领域的发展，并为环境保护和清洁能源利用提供新的途径和方法。

金属离子掺杂改性纳米TiO2的能带结构及其光催化性能一、本文概述随着环境污染问题的日益严重，光催化技术作为一种高效、环保的治理手段，受到了广泛关注。

在众多光催化剂中，纳米TiO2因其独特的物理和化学性质，如稳定性高、无毒无害、成本低廉等，被广泛应用于污水处理、空气净化等领域。

然而，传统的纳米TiO2在可见光下的催化活性较低，限制了其在光催化领域的应用。

为了克服这一缺陷，研究者们尝试通过金属离子掺杂改性来提升纳米TiO2的光催化性能。

本文旨在研究金属离子掺杂改性纳米TiO2的能带结构及其光催化性能。

通过对不同金属离子掺杂的纳米TiO2进行系统的实验和理论计算，分析金属离子掺杂对纳米TiO2能带结构的影响，揭示其与光催化性能之间的内在联系。

本文还将探讨金属离子掺杂改性纳米TiO2在光催化领域的应用前景，为环境污染治理提供新的解决方案。

通过本文的研究，期望能够为纳米TiO2的光催化性能提升提供理论依据和技术支持，推动光催化技术在环境保护领域的广泛应用。

二、文献综述在过去的几十年里，纳米TiO2因其出色的光催化性能在环境修复、能源转换和存储等领域引起了广泛关注。

然而，由于其较宽的禁带宽度（约2 eV），纳米TiO2主要吸收紫外光，限制了其在太阳光下的应用。

为了克服这一局限性，研究者们尝试了各种方法，其中，金属离子掺杂是一种有效的改性策略。

金属离子掺杂能够影响纳米TiO2的能带结构，改善其对可见光的吸收和利用。

文献中报道的金属离子掺杂方法主要有两种：一是间隙掺杂，即金属离子占据TiO2晶格中的间隙位置；二是替代掺杂，即金属离子替代TiO2晶格中的Ti离子。

这些掺杂方式可以改变TiO2的禁带宽度，产生新的能级，从而使其能够吸收可见光。

在金属离子掺杂改性纳米TiO2的研究中，许多金属离子如Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+等已被尝试。

这些金属离子的掺杂不仅可以拓宽TiO2的光吸收范围，还可以影响其光生电子-空穴的分离和迁移，从而改善其光催化性能。

TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究共3篇TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究1TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究随着环境污染日益严重，光催化技术逐渐成为一种重要的治理手段。

其中，TiO2因其良好的光催化性能，在光催化领域中得到了广泛应用。

近年来，随着纳米技术的发展，研究人员开始尝试制备TiO2纳米结构及其复合材料，以提高其光催化性能。

本文将就TiO2纳米结构、复合及其光催化性能进行探讨。

TiO2是一种广泛应用于光催化领域的半导体材料。

其中，纳米级TiO2颗粒具有更高的比表面积和更好的光催化性能。

通过控制TiO2颗粒的形貌和尺寸，可以进一步提高其光催化性能。

目前，制备TiO2纳米颗粒的方法主要有溶胶-凝胶法、水热法、气-液界面法等。

其中，溶胶-凝胶法是最常用的制备方法之一。

通过将钛酸四丁酯、乙醇等原料混合后，进行溶胶-凝胶、干燥、煅烧等步骤，即可制备纳米级TiO2颗粒。

研究表明，通过控制煅烧温度和时间，可以控制TiO2颗粒的尺寸和形貌。

例如，较高温度和较长时间会导致颗粒尺寸增大，形貌由球形转变为椭球形或纺锤形等。

除了纳米颗粒外，掺杂和复合是另一种提高TiO2光催化性能的有效手段。

掺杂主要是通过将其他元素掺入TiO2晶格中，以改变其电子结构，提高光催化性能。

目前常用的掺杂元素包括银、氮、碳等。

复合则是将TiO2与其他材料复合，以提高其光催化稳定性和性能。

常用的复合材料包括金属氧化物、石墨烯、聚合物等。

对于掺杂TiO2，研究发现，掺杂银元素可以增加TiO2的光催化活性和稳定性。

由于银元素具有良好的表面等离子共振吸收效应，可促进TiO2的光吸收和电子传输。

同时，掺杂氮和碳元素可以缩小TiO2带隙，增强光吸收效果。

对于复合TiO2，研究发现，纳米级TiO2颗粒与金属氧化物复合，可以提高其光吸收和电子传输效果，从而提高光催化性能。

总体而言，制备TiO2纳米结构、掺杂和复合是提高TiO2光催化性能的有效手段。

52材料导报2008年8月第22卷专辑Ⅺ纳米T i02光催化剂共掺杂改性的研究进展*周文芳，赵宗彦，田晶，柳清菊(云南大学云南省高校纳米材料与技术重点实验室，昆明650091)摘要利用离子间的协同作用对T i(]z进行共掺杂改性是近年来在T i@掺杂改性研究方面的一个新进展。

选择适当的离子进行共掺杂改性Ti()2具有比单离子掺杂T i02更好的光催化效果。

综述了近年来纳米Ti()2共掺杂的研究现状，分析比较了金属离子共掺杂、非金属离子共掺杂、金属一非金属离子共掺杂等不同共掺杂形式对Ti02光催化性能的影响，同时分析了共掺杂纳米Ti02光催化荆的改性机理及影响其光催化性能的因素，并对今后的研究进行了展望。

关键词共掺杂纳米T i02光催化R ese a r ch Pr ogr e ss i n C o-dopi ng M odi f i cat i on of N ano Ti t ani umD i oxi de Phot ocat al ys t sZ H O U W enf ang，Z H A O Zongyan，T I A N J i ng，L I U Q i ngj u(Y unnan K ey Labo r a t or y of N ano m at er i al s&N anot echnol o gy，Y un nan U ni ve rs i t y，K unm i ng650091)A bs t ract U t i l i zi ng t he co ope r at i ve act i on be t w e e n di f f er ent i ons t O co-dopi ng m odi fy t he phot ocat al y t i c ac t i vi—t yf or t i t ani u m di oxi de i s a new pr ogr es s i n r ec ent r e sea r c hes．Co-d op i ng m od i f i cat i o n of ap pr o pr i at e di f f er ent i ons hasbet t er phot ocat al y t i c act i v i t y t han t hat of s i ngl e i on dopi n g．I n t his r evi ew，t he r ece nt r e sear c h pr ogr es s of co-dopi ng ofn an o t i t ani um di ox i de ph ot oc at a l yst i s s um m ar i zed．T he i nf l ue nces of di f f er en t i ons c o-dopi ng f or m s o n t he phot ocatal yt—i c per form ance of t i t ani um di ox i de ar e com pared and a na l yz e d,The m echani s m of c o-dopi ng a nd i nf l ue nci ng f act or s ofphot ocat al y t i c act i v i t y ar e anal yzed．Fi nal l y，t he di r ect i on of f ut u r e r e sear c h i s pr opos e d f or phot ocat al y t i c m at er ial s．K ey w or ds c o-dopi ng，nanom et ert i t ani um di oxi d e，p hot o cat a l ysi c近年来，以纳米T i02为典型代表的光催化技术在环境治理领域受到普遍关注。