掺杂二氧化钛光催化性能的理论计算研究
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而阻碍了催化降解反应的进行。不仅沉积金属的量会影响光催化效果,金属种类
也是影响因素之一。不是每种金属都对催化反应有促进作用,有些金属反而会起
到相反的作用。因此金属的选择和用量都是需要考虑的必要因素。
1.5.2 复合半导体材料
复合半导体是指两种或两种以上半导体材料制备出来的具有一定微观结构
的半导体复合物。半导体复合是提高其光催化性能的有效手段之一。对于宽禁带
氧化物半导体材料 TiO
2
,我们将其与一种带隙值较小的半导体材料相复合,这
样就在一定程度上减小材料的禁带宽度,较低能量就能满足电子发生跃迁,使半
导体在可见光区也能发挥其光催化作用。光吸收范围向可见光范围内移动,并且
由于半导体之间会有能级差,光生电子会进入相对较低的能级的导带,电子和空
穴的复合率降低,光催化活性提高。常用的复合半导体催化剂有 TiO
2
-CdS
[30,31]
、
TiO
2
-SnO
2
[32]
、TiO
2
-CdSe 等。
以 TiO
2
-CdS 复合半导体为例对上述机理进行阐述。锐钛矿型 TiO
2
的带隙值
为 3.2eV,CdS 的禁带宽度分别为 2.5eV,且 TiO
2
导带位置比 CdS 的低 0.5eV。
当波长大于 385nm 的光照射到复合半导体上时,只能使 CdS 的电子从价带跃迁
到导带,价带留下空穴。由于电子和空穴在短时间内很容易发生复合,所以部分
光生电子又会回到价带,但由于 TiO
2
导带位置较低,所以光生电子移至 TiO
2
导
带,空穴仍在 CdS 的价带,这样既实现了光吸收的可见光化,也使得电子和空
穴能够有效分离,提高半导体光催化效率。
1.5.3 半导体光敏化
敏化剂材料是一种可以吸收可见光的材料。将这种材料涂抹到光催化剂上,
经可见光照射后,敏化剂受激发产生光生电子,电子又会转移到 TiO
2
的导带,
扩大了光激发波长范围,实现 TiO
2
在可见光范围内的光催化,提高光催化效率。
常用的光敏化剂有硫荃、酞花青、曙红、赤醉红 B 等。这些光敏化剂的电子结
构与 TiO
2
相匹配,能够将电子转移到 TiO
2
的导带。半导体光敏化分为表面吸附、
可见光激发和电子注入三个过程,因此所选敏化剂应该满足下列条件(1)在 TiO
2
表面具有较强的吸附性(2)对可见光吸收性好(3)电子结构与 TiO
2
相匹配(4)
激发态寿命长,保证激发态电子转移到 TiO
2
导带上。
1.5.4 稀土元素的掺杂
稀土元素掺杂 TiO
2
是提高其光催化性能的又一种方法。对提高光催化性能