金属与N元素共掺杂TiO2复合材料光催化结晶紫

杨茂楠， 李 莉， 杨长龙， 汪 康， 张 榆

（齐齐哈尔大学 化学与化学工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

染料工业是对环境影响最大的行业之一。染料废水的特点包括生物降解性差、色度高、难降解有机污染物浓度高、成分复杂，对人体健康和生态系统具有毒性、致癌性等[1]。为了彻底去除有机污染物，多相光催化已经引起了人们广泛的关注[2]。在这些光催化剂中，二氧化钛光催化成为环境修复的研究热点[3]。然而，由于锐钛矿二氧化钛的宽带隙，其实际应用受到限制[4]。因此，有必要开发第二代光催化剂，将可见光活性引入二氧化钛[5]。为了实现太阳能降解，阴离子掺杂（如氮、硫和氟）已被确认为二氧化钛的有效改性方法[6]。氮的离子半径非常接近氧的离子半径，以至于氮的p轨道可以有效地与氧的2p轨道合并[7]，使N-TiO2形成一个新的杂化能级，使TiO2带隙能降低。因此，氮掺杂被认为是一个很好的选择。为了扩展二氧化钛的可见光吸收边，科学家利用氮掺杂进行了研究[8]。同时，为了提高界面电荷转移效率，降低光电子-空穴对的复合率，过渡金属离子对二氧化钛的改性也引起了广泛关注。过渡金属离子以其不完全占据的4f轨道而闻名，大量氧物种的相对高的迁移率可以形成不稳定的氧空位。当光诱导电子从光催化剂内部迁移到表面时，过渡金属离子可以暂时捕获并抑制光生电荷载流子的复合。然而，非金属的掺杂可以缩小二氧化钛的带隙，扩展其对可见光的响应。……