可见光照射下的光催化降解TCA反应
TiO2作为光催化剂在水的光分解制氢, 光自洁等方面有着广泛的应用. 由于TiO2禁带能隙(3.2eV)较宽, 只有在紫外光照射下才显示光催化活性,因此, 通过改性或敏化使TiO2在可见光区具有光学活性已成为光催化研究领域的重要课题. 自Asahi发现氮掺杂能使TiO2在可见光照射下分解水以来,阴离子掺杂工作已引起了人们的关注. 一些课题组已相继报道了碳、氮、硼、硫、氟等非金属掺杂TiO2和一些新的半导体催化材料的制备和光催化性能, 这些催化剂在可见光区均有一定的光催化活性.最新研究表明, 采用不同离子共掺杂或阴、阳离子共掺杂等方法可以进一步提高TiO2催化剂的光吸收范围和催化活性.
当金属粒子沉积在TiO2表面后, 金属-TiO2界面间的Schottky势垒可以有效地充当电子陷阱, 降低光生电子与空穴的复合几率.因此, 可以预见, 将金属粒子复合到阴离子掺杂TiO2催化剂上可以进一步提高TiO2的光催化活性, 这方面的工作尚未见报道.
苏州大学化学系华南平等人采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂纳米TiO2(N-TiO2),并用光分解沉积法在N-TiO2表面负载微量金属Pt(0.5%(w)), 形成铂-氮共掺杂纳米TiO2(Pt/N-TiO2). 实验结果表明, Pt、N共掺杂纳米TiO2紫外可见光吸收边带较纳米TiO2红移约20 nm, 并在400耀500 nm 处有弱的吸收. Pt/N-TiO2电极在可见光区的光电流约为纳米TiO2电极的6倍. 以 Pt/N-TiO2为催化剂, 催化三氯乙酸(TCA)光降解反应, 室温下经可见光照射2 h后TCA降解率约为8%.N掺杂减小了TiO2的禁带能隙, 使它在可见光区具有光催化活性, 适量Pt掺杂抑制了光生载流子的复合, 加速了电子界面传递速度,Pt、N共掺杂使两种效应相结合, 进一步提高了光催化反应性能.