变窄(如图3c) 。或者,一些金属元素掺杂后,和TiO2形成氧化物固溶体,这些金属带隙比TiO2 要窄,从而可以吸收可见光。另一方面,掺杂可以形成掺杂能级,Umebayashi[ 2 ]Р认为掺杂物在价带(VB)和导带(CB)之间形成t2g能级,不同掺杂物形成的t2g能级不同,由于掺杂物的d电子和CB (或VB)之间的电荷转移,使波长较长、能量较小的光子能够激发,吸收光谱红移,提高了光子的利用率,引起光催化剂对可见光的响应。Р2、成为电子和空穴的浅势捕获阱,抑制光生电子和空穴复合Р在TiO2 中引入一些掺杂物能在TiO2 禁带中引入施主和受主等杂质能级,对TiO2本征激发产生的光生载流子起到了俘获阱的作用。适量的浅势俘获阱可以促进受激载流子在TiO2粒子内部的扩散过程,延长受激载流子的寿命,大大减少电子空穴对的表面复合,增强光催化剂的光催化活性(见图4) 。Р如掺杂金属离子,因为金属离子是电子的有效接收体,可捕获导带中的电子,而金属离子对电子的争夺,使得光生电子和空穴分离,减少了TiO2表面光生电子与光生空穴的复合,从而使TiO2表面在光辐射作用下产生更多的·OH,提高催化活性。但如果掺杂量过大,过多的俘获阱易造成受激载流子在迁移程中的失活。Р3、造成晶格缺陷,增加氧空位Р金属离子进入TiO2的晶格内,取代了原来钛原子的位置,或非金属原子掺杂取代氧原子的位置,从而产生了局部晶格畸变或形成了新的氧空位,这些作用均会对晶型转变产生一定的作用。如Y3 + 、Eu3 +掺杂到TiO2 中取代晶格位置上的Ti4 + ,这样TiO2 晶格中将缺少1个电子,为了平衡电价,必然在近邻位形成氧空位,同时, Ti4 +被还原为Ti3 + 。氟掺入TiO2 后进入晶格并取代氧,产生氧空缺。氧空位和Ti3 +还原中心可以充当反应的活性位置,固体表面氧空位数量的增加将使表面光化学过程红移至可见光区。
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