還原型TiO2納米光催化劑的改性研究綜述

最新 06-10

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TiO2-x納米材料是一種Ti3+（或氧空穴）摻雜改性的TiO2光催化劑，相比傳統的TiO2催化劑，TiO2-x擁有更窄的帶隙、可控的能帶結構，並能夠把其對太陽光的吸收紅移到可見光區域，大大促進了光生電子和空穴的分離。因此，TiO2-x在光催化的降解污染物、光解水制氫、CO2光還原、太陽能電池、鋰電/光電材料等方面具有很大的應用前景。

近年來，華東理工大學張金龍教授與邢明陽副教授研究團隊在還原型TiO2納米光催化劑的研究領域取得了一系列研究成果，受到了國內外的廣泛關注。比如，他們開發了一步真空活化法製備Ti3+自摻雜改性的TiO2光催化劑；通過真空活化結合機械研磨法成功製備了氟與Ti3+共摻雜改性的TiO2基光催化劑，首次使氟的晶格摻雜量提高到8%以上，且其太陽光下光解水制氫的效率達到Φ= 46%等。近日，該研究團隊受邀在Elsevier出版集團刊物、光化學領域知名期刊Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews上撰寫綜述文章。

該綜述總結了近年來還原型TiO2光催化的研究進展。首先對TiO2-x的製備方法進行了總結，涵蓋了目前報導的大部分製備方法，如H2熱處理法、真空活化法、原位還原法、金屬還原法、紫外輻射法、高能粒子轟擊法、電化學還原法、Ti粉氧化法等，並將其歸納為還原法和氧化法兩大類。基於TiO2-x的形成機理，作者對TiO2-x的改性進行了系統歸納，包括非金屬摻雜（N、B、F、S和I）、貴金屬沉積、非貴金屬沉積、金屬氧化物複合、石墨烯複合、碳納米管複合、其它碳材料的複合、特殊形貌的調控（介孔結構、核殼結構、Yolk-shell、反蛋白石結構等）以及特殊晶面的暴露等。此外，作者還對TiO2-x改性的機理及其光催化降解、裂解水等原理進行了總結和歸納。最後，作者對TiO2-x的研究前景進行了展望，總結了TiO2-x的發展趨勢以及面臨的挑戰。作者認為目前半導體光催化研究面臨的最大挑戰仍然是摻雜等微觀結構改性與光生電荷產生、轉移機制的構效關係研究。眾所周知，半導體光催化是一種異相催化反應，反應主要發生在液固或氣固界面，深入研究半導體體相缺陷與微觀結構調控對界面催化反應的作用機理，仍然是未來半導體光催化的研究重點。該綜述梳理了近年來TiO2-x在製備和微觀結構改性上取得的一系列研究進展，為未來設計與製備高效TiO2基光催化劑具有重要的參考價值與指導意義。論文作者為中法聯合培養博士生方文章，青年教師邢明陽副教授以及張金龍教授。該工作得到了邢明陽副教授主持的國家重點研發計劃「青年科學家」項目等的資助。

該論文作者為：Wenzhang Fang, Mingyang Xing, Jinlong Zhang

Modifications on reduced titanium dioxide photocatalysts: A review

J. Photoch. Photobio. C,2017,32, 21-39, DOI: 10.1016/j.jphotochemrev.2017.05.003

導師介紹

張金龍

http://www.x-mol.com/university/faculty/10415

邢明陽

http://www.x-mol.com/university/faculty/38293

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Journal of Membrane Science;

Bioconjugate Chemistry;Carbon;

ChemPlusChem;Advanced Science;