TiO2光催化.doc

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二氧化钛(TiO2)由于其优异的光电转换及物化性能成为半导体光催化材料中的研究热点。二氧化钛纳米晶半导体太阳能电池，是利用纳晶多孔薄膜电极，通过增大其表面积来提高电池的光电转换效率，该项技术无论在理论基础及应用技术上都有一定的发展潜力，具有取代硅太阳能电池及传统的太阳能电池发电的可能性，对TiO2纳米晶半导体太阳能电池的深入研究，大大促进纳米结构半导体光电化学新兴学科领域的发展。在环境污染的治理，TiO2在能量大于其禁带宽度的光照射下，产生电子与空穴对，然后光生电子迁移至催化剂表面实现光生载流子的有效分离，光生空穴的强氧化能力以及导带电子的还原能力使其能有效地氧化还原大部分有机物及一些金属离子，基于这一点，在环境污染的治理方面具有重大意义，因而制备性能优良的二氧化钛光催化剂成为一项有意义的工作。
TiO2是一种价格便宜、无毒、稳定且抗腐蚀性良好的半导体材料。但是，由于纳米尺度的TiO2能带间隙较宽（，），对太阳光的吸收效率很低，只能吸收太阳光中4%的紫外光部分，所以必须对其进行改性，扩宽其吸收利用的波段。一般有以下三种方法：一是通过与能带间隙较窄的半导体复合；二是通过掺杂其他元素；三是利用染料进行TiO2的敏化。
TiO2通常有三种晶型，板钛矿(brookite)在自然界中量很少而研究极少；在这三种晶型中，锐钛矿(anatase)的催化活性最高。锐钛矿和金红石的结构可以用一个Ti06八面体链来表示，不同之处在于二种晶型的变形程度和八面体链的连结方式不同，每个Ti4+被6个O2-包围，形成一个八面体。金红石八面体结构并不规则，呈现轻微的正交晶系变形；锐钛矿八面体变形程度更大，因此对称性减小。
板钛矿属斜方晶系，性质不稳定，在650℃时转化成金红石结构，其应用的不是很多；锐钛矿比较稳定，在800℃时转化成金红石结构，金红石不可转化成锐钛矿和板钛矿，金红石和锐钛矿都属于四方晶系，TiO2晶体中Ti4+离子位于相邻的六个O2-离子所形成的八面体中心。每个氧原子周围有三个钛原子，这三个钛原子位于不同的八面体中心，TiO2之所以存在三个不同的晶型主要是因为八面体结构中内部的扭曲和互相连接的方式是不同
一般认为，锐钛矿型TiO2催化剂光催化活性较高，而金红石型TiO2无催化活性或者催化性能差，(相当于410nm)，导带电位是-，而O2／O2-的标准氧化还原电位为-，因此导带电子不可能通过TiO2表面的O2捕获从而加速导带电子与价带空穴的复合以至于降低催化活性；，导带电位为-，O2很容易得到导带电子使导带电子和价带空穴有效地分离从而提高催化活性。
二氧化钛催化剂技术的应用现状和前景
锐钛矿型TiO2在受到太阳光或荧光灯的紫外线的照射后，内部的电子发生激励，产生带负电的电子和带正电的空穴。电子使空气或水中的氧还原，生成双氧水，而空穴则向氧化表面水分子的方向起作用，产生氢氧(羟)基原子团。这些都是活性氧，有着很强的氧化分解能力，从而能够分解、清除附着在氧化钛表面的各种有机物。二氧化钛不仅具有较强的氧化分解能力，而且自身不分解、几乎可永