3DOM-TiO2-x的制备及其光催化降解性能

付小杰,王 晟,刘福生,颜梦希,李依婧

(1.南京工业大学 化工学院,江苏 南京 211800;2.南京林业大学 理学院,江苏 南京 210037)

在各种半导体光催化剂中,TiO2以其化学稳定性好、无光腐蚀和成本低等优点被广泛应用[1-2]。但是,TiO2光响应的范围窄，限制了其对太阳能的利用,从而制约了TiO2在光催化领域的进一步发展。为了解决这个问题,近年来对TiO2的改性方法层出不穷,例如,金属或非金属掺杂[3-4]、染料光敏化[5-6]和半导体复合[7-8]等。大量的研究表明,TiO2的性质与其氧空位浓度密切相关[9-10]。当氧空位浓度足够高时,在TiO2导带底部形成缺陷能级,使得TiO2的带隙变窄,提高了TiO2对可见光的吸收能力。此外,氧空位可捕获电子以抑制电子-空穴对的复合,有利于光生电子-空穴对的分离,提高光催化效率。

纳米管、中空微球和三维有序大孔结构(3DOM)等不同形貌结构的TiO2对增加比表面积、提高吸附性能、改善扩散和催化反应性能有重要的意义。三维有序大孔TiO2(3DOM-TiO2)具有孔径大且分布均匀、孔结构排列高度有序等特点, 受到了越来越多的关注[11],被广泛应用于锂离子电池[12-13]、燃料敏化太阳能电池[14]、半导体光催化[15]等领域。3DOM-TiO2具有以下两点优势:较高的比表面积,使活性位点得到提高;作为反蛋白石结构光子晶体,有序的大孔结构增加了光子的捕获效率。然而,3DOM-TiO2存在带隙较大导致可见光利用率过低的问题。因此,制备具有氧空位的三维有序大孔结构TiO2(3DOM-TiO2-x,x为氧空位值,x=0～2[16]),可通过三维有序大孔结构和氧空位的协同作用提高TiO2的光催化活性。……