可见光活性二氧化钛的制备及氧空位与掺杂的N(或修饰的金属)之间的协同作用机制研究

坏原来Ti02的导带能级,或者掺杂后其导带最低能级仍然比H2/H20的电极电位更高,以确保催化剂的光还原活性;(iii)掺杂引入的杂质能级应该和Ti02的带隙能级充分重叠,以保证光生载流子在它们的生命通道内被传递到催化剂表面进行反应。在这个前提下,条件(ii)和(iii)要求用阴离子掺杂而不是阳离子掺杂,因为阳离子掺杂通常会在导带下方形成光生载流子复合的d轨道杂质能级。Asahi等根据第一性原理计算了C、N、F、P、S掺杂Ti02的态密度,指出N掺杂效果最好,掺杂的N印轨道能够与形成价带的0勿轨道杂化使价带顶上移而窄化Ti02的禁带宽度。虽然S与N有相似的作用,但S离子半径太大而不能有效掺杂进入而02晶格,C、P轨道掺杂能级则因能量不匹配而不满足条件(iii)。这一工作被看做是Ti02可见光光催化的重大转折和突破,直到今天,掺氮Ti02的可见光催化仍然是多相光催化领域研究的热点,每年都有大量的相关文献报道。掺氮Ti02的研究主要集中于制备方法、与制备方法紧密相连的N源前驱体、掺杂的N在Ti02晶格中存在的形式及化学态、光谱吸收性质(主要集中于对可见光吸收的讨论)、氧空位的产生及其在Ti02可见光响应中的作用、掺氮过程中产生的顺磁性物种的分析、掺氮Ti02的可见光响应机理及其在环境污染净化领域和光化学能转换领域(主要是光解水)的研究。过去的十年里,研究者针对掺氮Ti02作了大量细致的工作,不断完善掺氮Ti02的相关理论并拓展它的应用范围,试图弄清楚掺氮Ti02可见光响应的根本原因,为设计、制备高效可见光催化剂提供理论支持和技术指导。然而,到目前为止,掺杂的N在Ti02晶格中的位置及其在可见光催化中所起的作用机理却一直没有达成共识。这主要是由于N的存在形式和化学态往往依赖于不同的制备方法而表现出多样性,或者理论计算结果与实验数据所得出的结论不符而造成的。目前,关于可见光催化作用