燃油光催化氧化脱硫催化剂的研究进展（下）

柳 月，田景芝，郝 欣，付佳琦，帅昱彤，单丹阳

（齐齐哈尔大学 化学与化学工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

（接上期）

2 掺杂元素

2.1 金属离子掺杂

单组分光催化剂自身固有的缺陷严重限制了PODS的应用潜力，研究人员发现在金属氧化物中引入过渡金属阳离子，能够通过形成离子晶格缺陷并制造新的局部杂质能级来改变电子的跃迁，进而有效提高半导体光催化剂的光催化性能[44-45]。陈颖等[46]采用溶胶-凝胶法制备了Fe3+，Cu2+，Ni2+，Zn2+四种过渡金属离子改性纳米TiO2催化剂，并将改性催化剂用于FCC汽油模型的催化脱硫实验。对改性后的催化剂进行晶体结构分析，发现掺杂0.03%（w）Fe3+和7.5%（w）Ni2+的改性TiO2催化剂的晶格畸变明显，这可能是由于Fe3+和Ni2+离子进入TiO2晶格，占据了Ti4+的位置。掺杂后的复合催化剂仍然保持未掺杂时的锐钛矿相结构，同时未生成过渡金属氧化物相。对催化剂进行UV-Vis分析，发现改性催化剂在紫外区和可见光区的吸光性能均比纯TiO2高，且金属离子的掺杂使TiO2粒子的紫外吸收边红移，光谱响应范围向可见光区域拓展。这是因为过渡金属原子的d轨道与Ti原子的d轨道的导带重叠，减小了TiO2的禁带宽度。此外，掺杂的过渡金属离子可形成光生电子-空穴对的捕获陷阱，从而降低了TiO2中载流子的复合几率，大幅提高了TiO2的光催化活性[47-48]。对不同离子改性的催化剂进行脱硫实验，相比于未改性的TiO2，改性后的催化剂脱硫率均明显提高，其中Ni2+掺杂TiO2催化剂的脱硫效果极其优越，可见光照射3 h后，脱硫率高达98.4%。……