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本文通過解析制備納米二氧化鈦的原理經氫氣熱處理后對其光催化降解苯酚活性的影響. 結合 DRS ,FS , XRD等研究手段 ,并發現納米二氧化鈦光觸媒催化降解苯酚的活性與其光學特性(吸收光能力和熒光發射強度)有較好的一致性 ,而光學特性來自表面態. 由此 ,本文提出了納米二氧化鈦光學表面態的概念 ,認為與光觸媒催化活性密切相關的納米二氧化鈦光學表面態的性質 ,是由這些鈦羥基和低價鈦的數量及比例決定的.因此制備納米二氧化鈦的原理方法分為氣相法和液相法兩大類.
如下圖為光觸媒催化反應原理
近十年來 ,人們對半導體光觸媒催化消除環境污染作了大量研究. 在已被研究的催化劑中 , 納米TiO2 被認為是較理想的 ,并已在污水處理和空氣的凈化中得到了應用. 已經發現 ,納米 TiO2 的晶型結構、摻雜金屬離子、催化劑結合載體、擔載貴金屬質量、表面衍生化分布、表面羥基基團密度及不同氣氛處理等都對光觸媒催化活性有影響. 特別有趣的是 ,即便是 TiO2 晶型相同 ,光催化活性也有很大的差異, 氫氣熱處理會使光催化活性有不同程度的提高. 這些都說明 , 納米TiO2 的表面態對其光催化活性有重要的影響.
納米二氧化鈦制備方法是以 TiO2 光催化降解水溶液中的苯酚為模型反應 ,著重研究了氫氣氣氛的熱處理對TiO2 的表面光學特性的影響 ,并對這種表面光學特性的變化與光催化活性進行了關聯.但若沒有足夠的鈦羥基捕獲空穴 ,電子和空穴的復合速率也會同時加快 . 只有當 TiO2 表面鈦羥基和低價鈦的比例合適時 ,才會更有效地改善它的吸收光能力 ,促進電子和空穴的分離和界面電荷轉移.納米二氧化鈦表面的粗糙程度估計也會對改善材料的吸收光能力有一定的影響.
綜上所述 ,納米二氧化鈦的光學表面態在光催化中起了重要的作用. 這種光學表面態來自它的表面鈦羥基和低價態 ,最佳的光學表面態與它們的數量及數量之比例有關. 對商品二氧化鈦 ,經合適的還原氣氛熱處理 ,能構建出最佳的光學表面態 ,較大程度地改善其光催化活性.
面對我國納米二氧化鈦光觸媒催化劑的發展現狀，對納米粉末的微觀結構研究還有待于進一步深入,對納米二氧化鈦微粉特有的化學物理機械性能,應從理論微觀結構入手研究他們產生的機理。總之隨著納米材料體系和各種超結構體系研究的開展和深入,納米二氧化鈦超細粒子制備技術將會得到日益改進.
