钯氮掺杂光催化剂示意图
TiO2禁带宽度较大, 不能有效地利用可见光进行光催化反应, 因此需要对TiO2进行改性, 如金属离子掺杂、非金属离子掺杂, 染料敏化, 半导体复合及量子点修饰等。2001年, Asahi等利用磁控溅射法制得N掺杂TiO2薄膜, 具有可见光光催化氧化乙醛和降解亚甲基蓝的活性, 并且认为, 掺杂的N取代晶格氧导致TiO2带隙变窄, 从而产生可见光响应。随后, 对TiO2进行非金属掺杂得到了广泛研究. 研究表明, 非金属掺杂, 尤其是N掺杂可使TiO2的光谱响应范围从紫外光区扩展到可见光区, 但掺杂的N也会成为光生电子和空穴的复合中心, 很大程度上限制了TiO2可见光催化活性的提高。
另一方面, 在TiO2中掺杂一定量的金属离子可以抑制光生电子和空穴的复合, 这是由于金属离子可以有效地捕获光生电子, 从而提高光生电子空穴对的分离效率.Choi等发现掺杂Fe3+, Ru3+,V4+, Mo5+, Os3+, Re5+和Rh3+等离子可以提高TiO2上紫外光降解CHCl3的活性. Chen等研究表明, 掺杂Fe或Ni离子后, TiO2的紫外光催化活性提高. Ni等采用溶液燃烧法制备了Cu2+, Mn2+,Ce3+和Sn4+离子掺杂的TiO2光催化剂, 发现所制样品在可见光区的吸收明显增强, 因此, 在紫外光和可见光照射下, 样品降解有机染料的效率提高。
近期，河南大学特种功能材料教育部重点实验室杨建军等人在空气气氛和N2中热处理表面均匀分散有尿素和氯化钯的纳米管钛酸,制备了两个系列Pd/N共掺杂的TiO2光催化剂,并对所得样品进行了X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱和电子自旋共振等表征.结果表明,焙烧气氛对样品的形貌、晶体结构、光谱吸收、生成的氧空位浓度和可见光光催化性能的影响很大,其中在空气气氛中制备的样品光催化性能优于在N2中制备的样品.在可见光(λ≥420nm)照射下,以丙烯为模型污染物考察了样品的光催化活性,发现在空气中400℃下焙烧的样品具有最佳的可见光催化活性.另外,讨论了Pd/N共掺杂TiO2光催化剂具有可见光响应的机理,认为掺杂的Pd/N元素和制备过程中生成的氧空位是影响可见光催化性能的重要因素。