氮掺杂TiO2可见光响应的机理研究

TiO2纳米材料的改性及其光催化性能研究TiO2是一种广泛应用于光催化领域的半导体材料，其广泛应用主要归功于其良好的化学稳定性、光催化性能和较低的成本。

然而，TiO2的光催化活性主要集中在紫外光区域，限制了其在可见光范围内的应用。

因此，对于纳米TiO2材料的改性研究变得尤为重要，以提高其可见光催化性能，并扩大其应用范围。

研究表明，改性TiO2纳米材料可以通过掺杂、表面修饰以及复合等方法来实现。

其中，掺杂是最常用的改性策略之一。

通过引入铁、氮、碳等元素来改变TiO2的能带结构，可以使其光催化活性发生显著改善。

铁掺杂的TiO2在可见光催化领域具有良好的应用前景。

研究发现，铁掺杂的TiO2具有更窄的能带间隙，能够吸收更多的可见光，并产生更多的电子-空穴对，从而提高催化活性。

同时，还有研究表明，通过调节铁掺杂浓度和制备条件，可以进一步提高光催化性能。

表面修饰也是改性TiO2纳米材料的重要策略之一。

常见的表面修饰方法包括溶液热处理、沉积溶胶、负载其他半导体等。

例如，通过溶液热处理可以在TiO2表面形成一层导电聚合物薄膜，改善其可见光催化性能。

通过沉积溶胶可以在TiO2表面引入二氧化铕、氧化亚铜等光敏剂，增强其可见光催化活性。

此外，将其他半导体负载在TiO2纳米材料上，可以通过协同作用来提高光催化性能，例如Pt-TiO2和Ag-TiO2等复合材料。

此外，纳米TiO2的复合改性也是提高其光催化性能的重要手段之一。

常见的复合改性方法包括纳米TiO2与碳材料的复合、纳米TiO2与其他半导体的复合等。

例如，将纳米TiO2与石墨烯、碳纳米管等碳材料复合，可以通过增加可见光吸收和电子传输来提高光催化性能。

此外，将纳米TiO2与ZnO、CdS等其他半导体复合，也可以通过异质结构的形成来提高光催化活性。

综上所述，纳米TiO2材料的改性研究对于提高其光催化性能以及拓宽应用领域具有重要意义。

掺杂、表面修饰和复合是常用的改性策略，通过这些方法可以有效地调控纳米TiO2的能带结构、光吸收性能和电子传输性能。

掺氮TiO2光催化剂的制备、结构表征与光催化性能研究邓小雪 20192401074一、实验目的1、练习文献检索2、了解制备掺氮二氧化钛制备的原理3、学会用溶胶-凝胶法制备TiO24、学会使用X射线衍射仪(XRD)对样品进行结构表征二、实验原理清洁能源太阳能的利用,环境污染的控制与治理是人类 21世纪面临和亟待解决的重大课题。

当前，利用光催化降解有机污染物已经成为处理环境问题最有希望的技术之一｡在光催化领域，人们研究开发了TiO2、CdS、WO3、ZnO等半导体光催化剂 ,由于 TiO2具有高效､廉价､耐化学腐蚀以及强光催化活性,因此纳米TiO2光催化技术成为研究的热点｡TiO2光催化氧化反应的机理是用能量大于或者等于禁带宽度的光照射时,其价带上的电子(e-) 被激发,跃过禁带进入导带,同时产生相应的空穴,即有电子(e-)-空穴(h+)对。

光生空穴h+有很强的得电子能，具有很强的氧化性,可夺取半导体颗粒表面的有害物的电子,使有害物得到氧化,而光生电子迁移到半导体微粒表面被氧化, 即吸附在TiO2表面的OH-和H2O将被氧化成·OH自由基，·OH为强氧化剂,能将它周围的有机物氧化，进行氧化- 还原反应。

其催化机理见图1[1]。

图1 TiO2光催化反应机理[1]利用TiO2对有机污染物进行光催化降解,最终使这些污染物生成无毒、无味的CO2、H2O及一些简单的无机物小分子,这为消除环境污染和水处理开辟了一条新的途径。

但是，作为一种好的光催化材料,TiO2还存在一些缺陷,主要表现在:①带隙较宽,仅能吸收紫外光,在可见光范围没有响应,对太阳光利用率低(约3%～5%);②光生载流子的复合率高,光催化效率较低。

这些缺陷限制了TiO2光催化剂的应用前景。

为此,人们在提高其可见光光催化活性和催化效率、有效利用太阳能等方面做了大量的深入研究。

结果表明:采用贵金属沉积、半导体掺杂(金属掺杂、稀土掺杂、非金属掺杂)、半导体复合、半导体光敏化、半导体表面螯合及衍生等技术对光催化剂进行表面修饰或改性处理,可以减小光催化材料的禁带宽度,扩展其光响应范围。

《多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料制备及其作用机制的研究》篇一一、引言随着科技的进步与人们对生活品质要求的提高，防污抗菌材料成为了当今材料科学研究领域中的热门话题。

作为重要的防污抗菌材料之一，TiO2纳米材料因其在光照下能够催化产生具有强氧化还原性的自由基，在自清洁、抗菌及光催化等领域得到了广泛的应用。

本文着重研究了多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料的制备工艺及其作用机制，为进一步开发高性能的防污抗菌材料提供理论依据。

二、多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料的制备1. 材料选择与掺杂元素设计TiO2作为主体材料，我们选择了具有高活性的锐钛矿型。

同时，为了提升其性能，我们选择了多种元素进行掺杂，如氮（N）、碳（C）、铁（Fe）等。

这些元素的掺杂能够改变TiO2的电子结构，从而提高其光催化活性及防污抗菌性能。

2. 制备工艺采用溶胶-凝胶法结合高温煅烧工艺进行制备。

首先，将选定的掺杂元素与TiO2前驱体混合，形成均匀的溶胶。

然后，通过控制温度和湿度等条件，使溶胶凝胶化。

最后，在高温下进行煅烧，得到多元素掺杂的TiO2纳米材料。

三、多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料的作用机制1. 光催化机制多元素掺杂的TiO2纳米材料在光照下，能够吸收光能并激发出电子-空穴对。

这些电子和空穴能够与吸附在材料表面的氧气和水反应，生成具有强氧化性的羟基自由基（·OH）和超氧自由基（·O2-），这些自由基具有强大的氧化能力，能够将有机物和细菌分解为无害的成分。

2. 防污机制由于TiO2纳米材料具有优异的光催化性能，能够有效地分解吸附在表面的污渍和油脂。

同时，其表面具有亲水性，能够有效地防止水滴和油滴的附着，从而达到防污的效果。

3. 抗菌机制多元素掺杂的TiO2纳米材料对细菌具有强烈的杀灭作用。

一方面，其光催化产生的自由基能够破坏细菌的细胞膜和细胞内的重要结构，导致细菌死亡。

另一方面，其表面具有微小的凹槽和凸起，可以破坏细菌的生物膜结构，进一步增强其抗菌效果。

N掺杂TiO2纳米管的合成及光催化性能研究目录摘要： (2)Abstract (3)1前言 (3)1.1纳米光催化材料概述 (3)1.1.1纳米材料的基本性质 (3)1.1.2光催化材料的简介 (4)1.1.3纳米光催化材料的用途 (5)1.2 TiO2的相关介绍 (6)1.2.1 TiO2的能带结构 (6)1.2.2 TiO2的光催化机理 (7)1.2.3 TiO2光催化剂存在的问题 (7)1.2.4 TiO2光催化剂的改性研究 (8)1.3 N掺杂TiO2纳米管的制备 (9)1.3.1 TiO2纳米管的制备方法 (9)1.3.2 TiO2纳米管的非金属掺杂 (10)1.3.3氮掺杂TiO2纳米管的制备方法 (11)1.4 N掺杂TiO2纳米管光催化性能研究 (12)1.4.1 N掺杂TiO2纳米管光催化机理 (12)1.4.2 N掺杂TiO2纳米管的物性特征 (12)2 实验部分 (12)2.1实验试剂与仪器 (13)2.2样品的制备 (14)2.2.1 N-TiO2纳米晶粒的制备 (14)2.2.2N-TiO2纳米管的制备 (14)2.3 样品的测试 (15)2.3.1 样品TEM表征 (16)2.3.2 样品XRD测试 (16)2.3.3样品的光催化活性测试..................................................................... .173 实验结果与分析 (18)3.1TEM图与分析 (18)3.2 XRD测试结果与分析 (19)3.2 光催化测试结果与分析 (20)参考文献: (20)N掺杂TiO2纳米管的合成及光催化性能研究张钧（河南大学物理与电子学院，河南开封，475004）·摘要由于纳米催化技术可克服传统水处理和空气净化方法中存在的诸多弊端，利用该技术进行环境治理已经成为近年来各国高科技竞争中的一个热点，因而关于纳米催化材料的基础研究是国内外科研机构普遍关注的热门研究课题。

氮掺杂的二氧化钛可见光催化降解水中含氮污染物的研究张瑶;李利辉;严亚【期刊名称】《大理学院学报》【年(卷),期】2015(014)012【摘要】目的:探讨可见光照射下氮掺杂的二氧化钛对水中含氮污染物的降解活性.方法:以硫脲为氮源,用水热法制备不同比例的氮掺杂二氧化钛.用X射线衍射、透射电子显微镜对产物的结构、形貌进行表征.在可见光照射下,以罗丹明B为模型染料污染物,考察所制备的系列样品的可见光催化活性.以乙酰甲胺磷为含氮的模型污染物考察最佳比例的氮掺杂的二氧化钛样品对水环境中的含氮污染物的降解活性.结果:掺杂适量的氮可以提高二氧化钛纳米粒子的可见光催化活性,氮的掺杂量为1.0%时可见光催化活性最高.水环境中总氮含量为Ⅳ类水时,经1.0%氮掺杂的二氧化钛可见光催化降解4 h,样品液的总氮含量可接近Ⅱ类水.结论:氮掺杂的二氧化钛在可见光下可有效降解水中的含氮污染物.%Objective: To investigate the degradation activity of nitrogen-doped titanium dioxide to the Nitrogen pollutants with visible light photocatalysis. Methods: Nitrogen-doped titanium oxides (N-TiO2) with different amounts of N were prepared via hydrothermal method by using thiourea as nitrogen source. The structure and morphology of N-TiO2 were characterized by X-ray powder diffraction(XRD)and transmission electron microscopy(TEM)respectively. The visible light photocatalysis activities of the N-TiO2 series samples were evaluated by the degradation of rhodamine B in aqueous solution, and the nitrogen pollutant degradation activity of the optimum N-TiO2 on thenitrogen pollutants were explored by using acephate as the nitrogen model pollutant. Results:The visible light photocatalysis activity of TiO2 was enhanced when appropriate amount nitrogen was doped into TiO2, and 1.0%N-TiO2 showed the highest visible light photocatalysis activity. The total nitrog en can be degraded from classⅣwater quality toclassⅡwater quality after 4 hours' visible light irradiation using 1.0%N-TiO2 as the photocatalyst. Conclusion:Nitrogen-doped titanium oxide can degrade nitrogen pollutants in water effectively under visible light irradiation.【总页数】5页(P51-55)【作者】张瑶;李利辉;严亚【作者单位】大理大学药学与化学学院,云南大理 671000;大理大学药学与化学学院,云南大理 671000;大理大学药学与化学学院,云南大理 671000【正文语种】中文【中图分类】O611.3【相关文献】1.氮掺杂的二氧化钛可见光光催化降解亚甲基蓝 [J], 张秀芳;董晓丽;马春;张新欣2.可见光下氮掺杂二氧化钛对有机污染物的降解动力学研究 [J], 秦好丽;安娅;古国榜3.氮掺杂二氧化钛光催化降解甲基橙的研究 [J], 左玉香4.活性炭纤维负载氮掺杂纳米二氧化钛可见光催化降解甲醛气体 [J], 饶俊元; 刘建新; 黄弦; 杨远秀; 郭婉婷; 王万证; 侯明才5.氮掺杂二氧化钛光催化降解亚甲基蓝的动力学研究 [J], 徐小勇;施卫国;胡学兵;向芸因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

氮掺杂TiO2光催化杀菌性能的研究刘立强;齐萨仁;彭兵;刘云超;柴立元;李国良【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2009(023)00z【摘要】以廉价的TiOSO4为原料,通过水解法制备正钛酸前驱体,然后向正钛酸前驱体中加入尿素作为氮源,经煅烧制备氮掺杂纳米TiO2,采用X射线衍射、紫外-可见吸收光谱和扫描电镜等方法对制备的样品进行了表征,研究了不同N/Ti配比、煅烧温度、TiO2浓度、细菌浓度对光催化杀菌的影响.结果表明,制备的样品均为锐钛晶型,氮掺杂使TiO2在可见光区的光吸收明显增强;煅烧温度和N/Ti配比对光催化杀菌效果影响显著;当TiO2的质量浓度为1.5g/L时杀菌效果最好;当细菌浓度低于106细胞/mL时,氮掺杂TiO2的杀菌率可达90%以上.【总页数】4页(P89-91,95)【作者】刘立强;齐萨仁;彭兵;刘云超;柴立元;李国良【作者单位】中南大学冶金科学与工程学院,长沙,410083;中南大学冶金科学与工程学院,长沙,410083;中南大学冶金科学与工程学院,长沙,410083;中南大学冶金科学与工程学院,长沙,410083;中南大学冶金科学与工程学院,长沙,410083;中南大学冶金科学与工程学院,长沙,410083【正文语种】中文【相关文献】1.铁氮共掺杂TiO2光催化剂的制备及光催化性能 [J], 董刚;朱忠其;柳清菊2.氮掺杂TiO2光催化杀菌性能的研究 [J], 刘立强;齐萨仁;彭兵;刘云超;柴立元;李国良3.具有可见光活性的氮掺杂TiO2光催化剂的制备及光催化性能 [J], 许士洪;苏晓锋;张云龙;李登新;上官文峰4.氮掺杂TiO2光催化剂的制备及可见光催化性能研究 [J], 任凌;杨发达;张渊明;杨骏;李明玉5.氮掺杂板钛矿TiO2的制备及光催化性能研究 [J], 林文丽;邹云玲;晏杲;董俊新;宋昕远;王萌萌;田振宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一种可见光响应掺氮纳米二氧化钛光催化剂的制备方法我天，一种可见光响应掺氮纳米二氧化钛光催化剂的制备方法这事儿，我一开始真的是一头雾水，就跟在黑夜里走路没灯似的。

我试过好多回，走了不少弯路。

就说原料的选取吧，这个纳米二氧化钛的纯度和颗粒大小那可太重要了。

我最开始就没太在意这个，随便找了种纳米二氧化钛，结果折腾半天发现最后做出来的光催化剂效果特别差。

这就好比做饭，你食材没选对，再怎么精心烹饪都没用。

后来我在纯度高、颗粒比较小而且均匀的纳米二氧化钛上下手。

这就像盖房子打基础，原料选好了，才能往下走。

然后就是掺氮这一步。

我试过用氨气进行高温掺杂。

那温度的控制啊，真的就像是在走钢丝。

温度低了，氮就掺不进去多少；温度高了呢，又容易把二氧化钛本身的结构给破坏了。

我有一次温度设定得稍微高了点，结果出来的东西就和预想的完全不一样，根本不是可见光响应很好的光催化剂了。

后来我反复试了几次，发现控制在一个合适的温度区间很关键，这个区间就像是一个魔法数字，多一度少一度都不行。

在制备过程当中，反应的环境也很重要。

我尝试过在普通的大气环境中反应，但是空气中的杂质啊之类的会干扰反应。

就好像你在一个特别吵闹的地方想要专心干一件很精细的活儿，那肯定是不行的。

所以我后来就搭建了一个比较纯净的反应环境，这样才能保证反应能顺利地进行。

再说说反应的时间。

这时间可不能随心来，过短的话反应不完全，过长也可能出问题。

我就像守着一个很神秘的魔法阵一样，看着时钟掐反应的时间。

有时候也不是很确定到底多合适，就只能一次次地试，记下不同时间下的结果，对比来找到相对最佳的反应时间。

当然了，在这个过程当中，仪器设备也得靠谱。

我试过用一个老化的仪器，结果数据更乱套了，就像是你用一把缺了齿的梳子梳头，不但梳不好，还可能把头发弄得一团糟。

所以在做之前，一定要确保仪器是精确的。

我到现在感觉也还有不少地方可以探索改进，不过目前就靠着这么一路摸索，也算是有点小成果了。

不过这制备方法里头的学问可大着呢，我还得多试试多琢磨。

《多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料制备及其作用机制的研究》篇一一、引言随着人们对生活品质要求的提高，防污抗菌材料在日常生活和工业生产中的应用越来越广泛。

TiO2作为一种重要的无机非金属材料，具有无毒、化学稳定性好、光催化活性强等优点，是制备防污抗菌材料的理想选择。

本文以多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料为研究对象，探讨其制备方法及作用机制。

二、多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料的制备1. 材料选择与准备本实验选用高纯度TiO2纳米粉体作为基材，选用多种元素如N、F、V等作为掺杂剂。

所有材料均经过严格筛选和预处理，确保其纯度和活性。

2. 掺杂方法采用溶胶-凝胶法结合高温煅烧法制备多元素掺杂TiO2纳米材料。

首先将掺杂剂溶解在适量的溶剂中，然后与TiO2纳米粉体混合，形成均匀的溶胶。

接着通过干燥、煅烧等步骤，使溶胶转化为纳米材料。

3. 制备流程具体制备流程包括：配制掺杂剂溶液→与TiO2纳米粉体混合→形成溶胶→干燥→煅烧→得到多元素掺杂TiO2纳米材料。

三、多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料的作用机制1. 光催化作用多元素掺杂的TiO2纳米材料在光照下能够产生光生电子和空穴，这些光生载流子具有强氧化还原能力，能够将有机污染物分解为无害的小分子物质，从而达到防污效果。

同时，光催化过程中产生的活性氧物种还具有抗菌作用。

2. 元素掺杂影响N、F、V等元素的掺杂可以改变TiO2的晶体结构，扩大其光谱响应范围，提高对紫外线和可见光的吸收能力。

此外，掺杂元素还可以降低电子-空穴的复合率，提高光催化效率。

3. 抗菌机制多元素掺杂TiO2纳米材料的抗菌机制主要包括两个方面：一是通过光催化作用产生的活性氧物种破坏细菌的细胞结构，导致其死亡；二是掺杂元素与细菌的相互作用，直接破坏细菌的生理功能，从而达到抗菌目的。

四、实验结果与讨论1. 制备结果通过溶胶-凝胶法结合高温煅烧法成功制备了多元素掺杂TiO2纳米防污抗菌材料。

收稿日期 : 2006 10 31; 修回日期 : 2006 12 07. 基金项目 : 国家自然科 学基 金 ( 20577009) ; 教育 部新 世纪 优秀 人才 计划 ( N CET 04 0414 ) ; 上 海市 纳米 专项 ( 0452nm 010, 0552nm019) . 作者简介 : 丛 野 ( 1977 ) , 女 , 博士 研究 生 ; 张 金龙 , 博士 , 教 授 , 通 讯联 系 人 , 电 话 : 021 64252062; E mail:
[ 14]
jlzhang@ ecust . edu. cn.
147
148
感
光
科
学
与
光
化
学
第 25 卷
化钛的带隙变窄 , 在不降低紫外光下活性的同时 , 使二氧化钛具有可见光活性, 这也掀起 了利用非金属元素掺杂改性二氧化钛的热潮 .
1
制备方法
目前制备氮掺杂二氧化钛的方法主要有溅射法、 高温焙烧法、 钛醇盐水解法、 机械化 学法和加热含 T i、 N 的有机前驱体法等 . 1. 1 溅射法 溅射是在真空下电离惰性气体形成等离子体 , 离子在靶偏压的吸引下 , 轰击靶材, 溅 射出靶材离子沉积到基片上. 磁控溅射利用交叉电磁场对二次电子的约束作用, 使二次 电子与工作气体的碰撞电离几率大大增加 , 提高了等离子体的密度. 按磁控溅射中使用 的离子源的不同 , 分为直流反应磁控溅射、 交流反应磁控溅射、 脉冲磁控溅射、 射频磁控 溅射、 微波 ECR( 电子回旋共振 ) 、 等离子增强磁控溅射等. [ 8] Asahi 等 采用在 N 2 ( 40% ) / Ar 混合气体中溅射 T iO2 的方法制备了 T i2 x N x 薄膜, XRD 分析显示该薄膜为锐钛矿和金红石的混晶. Asahi 在理论上计算了氮掺杂的 T iO2 能 带结构及其粉体和薄膜的可见光催化作用, 认为氮原子取代了 T iO 2 中的氧原子 , 这些氮 原子能够产生可见光敏化活性 . 在可见光( 波长小于 500 nm) 照射下 , 氮掺杂的 T iO 2 对亚 甲基蓝和气态乙醛的光吸附和光催化降解活性显著提高, 薄膜的表面亲水性提高, 这是 因为氮的掺杂形成了 N 的 2p 态和 O 的 2p 态的混合态, 使得 T iO2 的带隙变窄, 对可见光 的响应增强. Diw ald 等[ 15] 用含有 80% N2 和 20% Ar 的混合气体, 在室温、 3 kV 加速电压下溅射 T iO 2 的金红石单晶, 然后在 900 K、 超高真空下将所得晶体退火 3 5 h, 制备得到掺 N 的 T iO 2 . XP S 光谱显示 , 在 T iO 2 表面不存在 N 原子 , 其主要分布在表面以下 20 nm 以内 , 在 9 nm 处达到最大浓度 1. 2 0. 5 atom% . T EM 显示 , 在近表面区域 , 单晶体相晶体结构通 过表面张力向多晶颗粒状结构转变. 通过研究 O2 的光脱附来考察氮掺杂晶体的光电化 学性质. 与未掺杂 N 的 T iO 2 相比, 掺 N 的 T iO2 光脱附曲线发生了蓝移 , 这可以用能带充 满机制解释, 原因是导带被电子部分充满, 导致间接的光激发过程向高于带隙的能级方 向移动. Lindg ren 等[ 16] 用直流磁控溅射的方法在 O2 、 N2 、 Ar 气氛中制备了氮掺杂的二氧化 钛薄膜 . 在可见光照射下 , 氮掺杂二氧化钛薄膜的光电响应都有了增强. 实验表明氮的掺 杂在接近价带边的位置引入了一个新的能级 . 氮的掺杂有一个最佳值 , 对应的可见光光 电响应也最强. 陈崧哲等[ 17] 采用中频交流磁控溅射法, 以 O2 / N 2 混合气为反应气体, 在铝片上沉积 了氮掺杂的二氧化钛膜, 并通过苯甲酰胺的光催化降解实验对光催化活性进行了评价. 结果表明 , 所得掺杂膜仅能够被紫外光所激发, 反应气的配比对膜的形貌和二氧化钛的 锐钛矿/ 金红石相比率均有影响, 而氮在膜中以掺杂 N 3- 、 表面吸附 N 2 和固溶 N 2 的形式 存在 . 随着 N 3- 掺入量的增加, 掺杂膜的光催化活性显著提高, 在反应气组成为 N 2 / ( O2

掺杂氮后对TiO2薄膜的光学性质的影响材料科学与工程学院，伊利诺伊大学厄巴纳- 香槟分校，分校，IL61801，USA收稿日期：2004年3月26日/接受：2004年10月19日网上公布：2004年11月25日©斯普林格出版社2004摘要含氮的二氧化钛薄膜与非金属元素掺杂对TiO2的光吸收范围扩大的潜力的影响进行了检查。

玻璃和硅衬底上薄膜合成了纳米TiO2-xNx混离子束辅助沉积，获得很大的氮浓度。

卢瑟福用散射光谱和X射线光电子能谱，对薄膜的成分进行了测定。

通过X射线衍射，透射电子显微镜和原子力显微镜分析了薄膜的结构。

对紫外- 可见光谱和椭圆偏振薄膜的光学性能进行了测试。

观察薄膜的带隙值下降的趋势特征，在一定掺杂浓度的范围内增加。

随着氮浓度的增加，结构的演变更加明显。

减少了带隙的N2p轨道与氮掺杂二氧化钛薄膜。

1引言由本田和藤在1972年发现以来，钛白粉已被广泛的研究，将其作为光敏作用的光触媒[1]。

由于其强大的照片氧化潜力，化学稳定性高，无毒，成本低，二氧化钛已经成为各种形式的应用，从除臭的环境应用，如纳米粉体，胶体，薄膜和涂料，净化空气和水[1-11]。

然而，随着它的宽能隙（3.2-3.8 eV），纯二氧化钛光催化效率非常低的户外活动，其中仅5％在紫外线范围内的太阳能是能够激活光催化反应的。

以有效地使用太阳能，有必要扩展到可见光区域，在一个更高的比例（45％）的太阳能可用于光催化二氧化钛的吸收光谱。

为了满足这一要求，早期的研究大多集中在合金与过渡金属[2，3]钛白粉上。

最近，可见光光催化活性钛氧化物通过掺杂氮[4-9]，碳[10]，硫[11]，或氟[12] 已获得。

发现这些阴离子杂质的物种，要优于过渡金属掺杂，掺杂材料，光催化效率的稳定，缓解掺杂过程[7]。

不同掺杂技术，带隙能量掺钛从2.32 eV到3.45 eV的报告的变化[10] [14，16]。

红成功转移到可见光的带隙，可以开展广泛的可见光下的光催化调查[15]。

加热法就是将二氧化钛或二氧化钛前体放在 空气或含氮的气氛中煅烧 ,通常是 NH3 ,N2 或是 NH3 与 Ar 气的混合气体 ,通过不同的温度和不同 的气氛制备含氮量不同的 TiO2 。Asahi[5]将ST - 01 粉末 ( Ishihara 公司生产) 在 NH3 (67 %) / Ar 气氛煅 烧 ,Irie[12] 在 NH3 的气氛中煅烧 ST - 01 粉末 ,都 得到掺氮 TiO2 粉末 。Miyauchi[13] 用 SiO2 履盖的 耐热玻璃作为衬底 ,用提拉法将二氧化钛胶体涂 抹在衬底上 ,提拉过程保持在干燥的氮气中 ,之后 在 500 ℃下煅烧 30min ,重复多次 ,最后在氨气气 氛中煅烧 ,得到掺氮薄膜 。Sakthivel[14] 在四氯化 钛溶液中滴加不同的氨盐 ,得到氢氧化钛悬浊液 , 将沉淀物过滤 、干燥 ,最后在 400 ℃下煅烧 ,得到 掺氮的粉末 。Ihara[15] 在 Ti ( SO4) 2 溶液中加入浓 氨水得到氢氧化钛沉淀 ,在用去离子水清洗到 SO24 - 根离子浓度在 015mg/ g 以下 ,最后在 400 ℃ 下加热 1h ,得到掺氮 TiO2 。他们还做了催化剂失 活的研究 ,在室外暴露三周后 ,催化活性降低了 10 % ,降低的原因可能是由于吸附的大气中的氮 氧化物所致 ,水洗后可见光活性恢复[16] 。 214 胺盐与 TiO2 胶体反应
8
山东陶瓷
第 27 卷
表 1
不同条件下氮掺杂 TiO2 对各种污染物降解[ 12] ,[ 14] ,[ 15] ,[ 20] ,[ 21]
降解物
负载
制备方法
光源
照射光波长 照射时间
初始浓度
降解度
IPA NO
NO
4 - 氯酚 苯 CO 乙醛

本工作采用溶胶-凝胶法以尿素同时为沉淀剂 和掺氮剂，一步制备氮掺杂的纳米二氧化钛，并研 究其在可见光下对甲基橙溶液的光催化降解性能。
收稿日期：2011-10-31；修改稿日期：2011-11-25。 基金项目：国家自然科学基金项目（20773092）。 第一作者：宋巍巍（1985—），女，硕士研究生。联系人：薛永强， 教授。E-mail xyqlw@。
光催化活性采用光降解甲基橙试验进行评价。
光降解具体过程为：将 0.3 g 样品加入到 200 mL 的
浓度为 10 mg/L 的甲基橙溶液中，通入空气，避光
放置 30 min，以使催化剂充分分散并达到吸附平衡。
将悬浊液置于 30 ℃的恒温水浴锅内，开启 150 W
的 philips 金卤灯作为光催化光源，搅拌下开始反应。
SONG Weiwei，XUE Yongqiang，SU Lining，JU Hongbin
（Department of Applied Chemistry，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，Shanxi，China）
Abstract：Nano-N-doped TiO2 photocatalyst was prepared by Sol-Gel method at room temperature， using tetrabutyl titanate as raw material and urea as N source. The N/TiO2 photocatalyst was characterized by X-ray diffraction（XRD），TEM，UV-Vis DRS. The results show that the N doped

N掺杂TiO2光催化剂的微结构与吸光特性研究唐玉朝1,2*，黄显怀1，李卫华1(1. 安徽建筑工业学院环境科学与工程系, 合肥230022 ; 2. 中国科学技术大学化学与材料科学学院,合肥230026)摘要：以紫外可见漫反射光谱(UV-VIS-DRS)和X射线光电子能谱(XPS)分析和研究了四种方法制备的N掺杂TiO2光催化剂的结构，即水解法(N/TiO2-H)、氨热还原法(N/TiO2-A)、机械化学法(N/TiO2-M)和尿素热处理法(N/TiO2-T)等。

结果表明，N/TiO2-H和N/TiO2-T两种催化剂在490nm处有吸收带边，可见光激发途径是掺杂的N 以填隙方式形成的杂质能级吸收电子发生的跃迁引起的；而N/TiO2-A和N/TiO2-M两种催化剂在整个可见光区域内具有可见光吸收，其对可见光的激发途径是掺杂N和氧空缺共同作用的结果。

理论计算的N杂质能级位于价带上0.75eV，与实验观察到的吸收带边结果十分吻合。

XPS结果表明，几种催化剂的N1s结合能位置都在399eV 附近，显示为填隙掺杂的N原子。

填隙掺杂的N/TiO2，其Ti原子的2p结合能与未掺杂的TiO2相比增加了＋0.3-＋0.6eV, 而O1s电子的结合能增加了＋0.2-＋0.5eV, 这是因为填隙的N原子夺取Ti和O的电子，Ti和O原子周围的电子密度降低了。

电子能谱和吸光特性的研究都表明，掺杂的机理是在TiO2晶格内形成N原子的填隙。

关键词：TiO2；光催化；N掺杂；填隙；UV-VIS-DRS；XPS；杂质能级Studies on the structures and light absorbance of nitrogen-dopedtitanium dioxides photocatalystYu-chao Tang1,2*, Xian-huai Huang1, Wei-hua Li1(1.Department of Environmental Science and Engineering, Anhui University of Architecture, Hefei 230022, P R China；2. School of Chemistry and Materials Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, P R China)Abstract：Nitrogen doped dioxide titanium photocatalysts (N/TiO2) had been prepared by various methods: hydrolysis of tetrabutyl titanate (N/TiO2-H), ammonia thermal treatment of titanium dioxide (N/TiO2-A), mechanochemica1 treatment of titanium资助项目：国家自然科学基金(50908001)，安徽省优秀青年科技基金(10040606Y29)。

N掺杂对TiO2电子结构与光催化活性影响的理论研究赵冬秋【摘要】采用第一性原理超软赝势平面波方法对N掺杂TiO2的基态电子结构进行了计算研究.计算结果显示N取代O掺杂不仅把TiO2的价带位置升高了0.27 eV,而且在带隙中诱导了有N 2p、O 2p和Ti 3d构成的未占据电子态.这三态的相互作用使带隙态具有了展宽和离域化的特性.N掺杂TiO2电子结构改变的原因是由于形成了相对较强的N-Ti共价键.价带上移和扩展带隙态共同促进了N掺杂TiO2可见光催化活性的提高.【期刊名称】《安阳师范学院学报》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】5页(P12-16)【关键词】N掺杂TiO2;电子结构;第一性原理计算;可见光催化活性;带隙态【作者】赵冬秋【作者单位】安阳师范学院物理与电气工程学院,河南安阳455002【正文语种】中文【中图分类】O472+.30 引言2001年Asahi报道了N掺杂TiO2(NDTO)具有显著的可见光催化活性［1］，其后该方面的工作迅速展开，人们对NDTO体系的可见光光催化活性的起因在理论和实验方面进行了大量研究。

早期的理论计算认为导致TiO2可见光光催化活性提高的主要原因是，N掺杂使N 2p态与O 2p带混杂带隙变窄［1］。

进一步的理论研究发现，N掺杂在未变带隙中引进的局域N 2p态使其可见光光催化活性提高［2，3］，这些理论分析部分与实验现象相符［4，5］。

然而，最近的深能级光电子谱测量结果为N在TiO2带隙处可能诱导了深扩展能级而非局域能级［6］。

至今人们对N掺杂TiO2电子结构性质的认识尚不统一，对一些新的实验现象比如其可见光区的载流子传输效果和量子产率均低于紫外区的［4，5］，尚没有深入的研究。

以前的理论工作采用自旋限制和自旋极化的方法分别考虑了N取代、N填隙和O 空位对TiO2电子结构的影响［1－3，7－10］。

关于双离子共掺杂对TiO2可见光光催化性能影响的研究也有学者进行了报道［11－13］。