铁族元素掺杂改性二氧化钛研究获进展
近年，高效无毒的光催化剂——二氧化钛(TiO2)纳米材料用于有机物环境污染降解方面的研究，受到了世界各国科研工作者的广泛关注。而由于TiO2存在带隙宽的自身缺陷，造成其对可见光及光激发电荷的利用率较低，限制了其实际应用范围。元素“掺杂”是改善该材料缺陷的一种有效途径和方法之一。因此，对于系统探索TiO2光催化性质与掺杂元素之间的关系的研究尤为重要。
中科院东北地理与农业生态研究所于洪文研究员等科研人员通过一种简易的水热法合成制备铁族(铁，钴，镍)单一元素掺杂的同时暴露(001)高能晶面的TiO2纳米片，并利用紫外光和可见光照射降解偶氮染料—亚甲基蓝，评价不同掺杂的TiO2的光催化性能。研究发现，改变掺杂元素的类型和含量，会使TiO2纳米片的尺寸和(001)晶面的面积发生变化，造成了TiO2的光催化活性的显著差异。该研究第一次揭示了铁族元素掺杂的TiO2光催化剂特性：1.光催化活性：铁掺杂<钴掺杂<镍掺杂；2.最优化的掺杂元素与钛的含量比为0.75%。同时，通过测定电化学阻抗、光电流及荧光光谱等分析手段，详细阐明了电荷的分离和迁移速率主要受掺杂离子的类型与含量影响，而这些电荷行为也最终决定TiO2的光催化活性的重要机理。
相关成果发表在chemcatchem(Lei Sun, Jiali Zhai , Haiyan Li, Yan Zhao, Hongjun Yang and Hongwen Yu*, Study of Homologous Elements: Fe, Co, and Ni Dopant Effects on the Photoreactivity of TiO2 Nanosheets, ChemCatChem, 2014, DOI: 10.1002/cctc.201300879.)。
-
技术原理
