金属掺杂TiO2光催化剂的制备方法及其研究现状
TiO2是目前研究最为广泛的光催化剂，文章对金属掺杂TiO2光催化剂的合成方法进行了具体的阐述，因金属掺杂TiO2可使TiO2光催化活性提高这一优点而成为近年来研究者们研究的重点。此文主要介绍溶胶-凝胶法、微乳液法、水热法和化学气相沉积法等光催化剂制备方法。文章分别介绍了铁、铜、镍等金属掺杂TiO2的制备及研究现状。
标签：金属掺杂；制备方法；光催化；改性
0 引言
现今，大量燃烧化石能源导致CO2的排放量增加和不可再生能源严重短缺等问题。为了解决这些问题，研究者们致力于将CO2转化为有用的资源。光催化还原CO2成为热门的研究课题。一般地，光催化剂的选择多倾向于半导体材料，关于半导体光催化剂的研究有很多。本文就近几年来金属掺杂TiO2光催化剂的研究，综述了金属掺杂TiO2光催化剂的制备方法和光催化剂改性等方面的研究进展。
1 TiO2催化剂的结构特点
TiO2一般以金红石型、板钛矿型、锐钛矿型等晶型存在于自然界中。锐钛矿型是最常见的晶相。TiO2具有禁带宽度较大（3.2eV），光生电子与电子空穴复合的速率快等缺点。通过对其进行金属掺杂，可有效的降低光生电子与电子空穴的复合效率，从而提高CO2的转化效率。
2 TiO2的制备方法
2.1 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法的基本原理是将钛醇盐水解，使其发生失水、失醇缩聚从而形成凝胶，在经过干燥、研磨、煅烧等操作，最后得到纳米TiO2。朱永法等人使用溶胶-凝胶法，反应物为TiCl4，载体为单晶硅基片，制备TiO2纳米薄膜，制得催化剂的晶型为锐钛矿型。有研究者采用溶胶凝胶法制备Pt掺杂TiO2光催化剂，Pt的掺入使紫外吸收出现了显著的提高，主吸收峰也发生红移现象，使其光催化活性增大。溶胶凝胶法具有操作简单、实验成本低、实验安全性好等优点。但具有实验时间过长和产物粒径大小难以控制等缺点。
2.2 水热法
水热法的反应场所是高压不锈钢反应器，反应必须在一定的温度和压力下进行，粒子先形成晶核，再生长成最终晶型。使用该方法制备的催化剂晶粒完整、粒径小，并且分布均匀，后续不需要进行煅烧处理。但是实验条件苛刻，实验器
材成本较高且安全性较低。J Niu等人研究了水热法制得的TiO2比表面积和晶体结构之间的依赖关系。水热法是金属掺杂TiO2常用的方法之一，J Zhu等人采用水热法制备Fe掺杂TiO2的粉体催化剂，证明了金属掺杂可以提高TiO2的光催化活性。
2.3 微乳液法
微乳液由互不相溶的液体组成，在微乳液内部，表面活性剂与助表面活性剂能够形成单分子层界面，微小粒子被包围形成微乳颗粒，其粒径大小一般控制在纳米级别。该法通常是先制备微乳液，再将微乳液进行混合，通过反应物质的交换发生反应，利用超速离心分离微乳液与微粉。WL Liu等人采用微乳液法制备La、Cu单掺杂和共掺杂TiO2的光催化剂，进行光降解甲基橙，表明La和Cu的掺杂可以抑制TiO2晶型的长大，增大比表面积。
2.4 化学气相沉积法
该法是将气体作为反应物，利用化学反应产生催化剂的粒子，让其经过晶体的成核和生长，合成纳米级别的催化剂。气相沉积法易于实现工业批量生产，晶体颗粒分散性好，粒径较小，化学反应活性高。但其也具有设备价格高、设备腐蚀严重等缺点。Lei M A等人采用流化床气相沉积法合成碳纳米管（CNT）/Fe-Ni/TiO2复合光催化剂，通过光降解实验证明复合光催化剂中Fe3+和Ni3+被表征为电子俘获中心，有效促进光生空穴和电子分离，从而提高催化剂的光催化活性。
3 结论与展望
TiO2是目前使用较为广泛的半导体光催化剂，研究者致力于比较不同方法制备的TiO2的性能和使用金属对TiO2进行单掺杂和多掺杂。文章对金属改性TiO2的制备方法和研究现状作了简要介绍，目前对金属掺杂TiO2的研究已有一定深度，但仍然有许多问題亟待解决。
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