TiO2有哪些優點作為光催化劑

自從1972年Fujishu和Honda報道了TiO2在紫外光照射下有較好的光催化效應以來，由于TiO2穩定、無毒、價格低廉，容易再生和回收利用等優點，在光催
化方面得到廣泛的研究。特別是在污水降解處理[2-4]和太陽能薄膜電池材料應用中有著巨大潛力。所以TiO2一直受到許多國內外學者的廣泛關注和研究。自然界中TiO2存在銳鈦礦(Anatase)、金紅石(Rutile)、板鈦礦(Brookite)三種晶型。板鈦礦型TiO2不夠穩定，而銳鈦礦型TiO2比金紅石型TiO2的光催化活性要好。所以銳鈦礦相TiO2研究較多。
銳鈦礦TiO2帶隙較寬(3.23eV)，只能被波長小于387nm的紫外光所激發產生光催化活性。而紫外光的能量僅僅占太陽光的總能量的4％，這樣使得太陽光的利用率很低[5]。因此TiO2的應用受到嚴重的限制和發展。目前，研究者大多數是通過過渡金屬元素[6-10]或非金屬元素摻雜[11-13]，有機染料表面修飾，以及貴金屬沉積等方法使TiO2在可見光區（可見光占太陽光的總能量的43％）實現光催化。其中摻雜是一種有效并且易于實現的方法。由于雜質原子的引入，摻雜可能導致其能帶結構發生（1）增加過渡能級（2）縮小能帶間隙兩種變化。這兩變化都能有效減少價帶中電子躍遷到導帶的能量，從而使它們吸收帶紅移。金屬摻雜起步比較早，研究的比較多，而非金屬摻雜研究的不是很多。通過溶膠—凝膠法、PLD沉積法、磁控濺射法等一些實驗方法提供大量數據說明TiO2在摻雜后其吸收光譜實現紅移的研究較多。而基于量子理論的第一性原理計算方法的理論分析其形成紅移現象的一些細節、機理研究較少。
21世紀，能源和環境已經成為可持續發展面臨的兩大重要問題。半導體
化劑由于節約能源、凈化環境等優點越來越受到國內外學者的關注和研究。
多的半導體光催化劑中TiO2以其無毒，超親水性，化學穩定性好，氧化能
廉價易得而成為最理想的光催化劑。特別是TiO2在環境污染物降解處理上有
大的優點。因此，TiO2在食物防霉，室內外墻壁、玻璃防污自凈，煙垢自凈
用治療等方面都有巨大的應用前景。除此之外，TiO2還可用來作染化敏太陽
池。納米TiO2太陽能電池以其與固態光伏電池相媲美的高光電轉換效率，價
廉，無污染等巨大優勢使其具有廣闊的前景和商業價值。所以研究TiO2對能
2環境問題有著重大的科學意義和應用價值。