文献综述
1.本课题研究的意义与价值
随着社会的快速发展,石化能源逐渐消耗殆尽,并引发了一系列的环境问题,比如温室效应,PM2.5等。一种新型的绿色无污染新能源的开发和利用是全球的热点。H2作为一种可燃物可以提供能量,反应产物是无污染的H2O,因而被广泛认为是最有发展前景的一种绿色清洁能源。太阳能敏化电池是制备H2的一种有效且低能耗的方法。而这一电池的关键在于光电极的选择,既要要求电极具有优良的光催化活性,又要具备抗光腐蚀能力,因此TiO2将会是太阳能敏化电池光电阳极理想的电极材料[1]。TiO2光催化有着广阔的应用前景，是一项绿色环境治理技术。TiO2是现在最常用的半导体光催化材料，化学稳定性好、无毒、价廉易得，工作条件宽厚，可在常温常压下进行。因为禁带宽度较大所以在可见光区的应用受到一定的局限，因此金属、非金属元素的共掺杂成为改性的一种最为常用的方法[2]。
2.本课题研究的现状
TiO2光催化技术面临着量子产率低和太阳能利用率低两大难题。因此,研究如何使TiO2的光催化活性向可见光区拓展具有重要的意义。半导体光催化剂可直接利用太阳光能进行光催化反应, 在环境领域有着重要应用前景。目前, TiO2是研究最多的半导体光催化剂, 在紫外光照射下, TiO2表面产生氧化性能很强的活性物种, 这些活性物种与大多数有机分子发生非选择性氧化还原反应, 把有机污染物降解为无毒或低毒的小分子, 或直接矿化为CO2和H2O等小分子物质。但TiO2只能吸收太阳光谱中波长小于400nm的紫外光, 为扩大TiO2的吸光范围, 研究者多采用金属与非金属掺杂的方法来提高其对可见光的响应性, 以使光生电子和空穴得到有效分离, 提高量子效率[3]。
Choi等[4]对多种金属离子掺杂后的二氧化钛光催化效果进行了研究, 结果表明金属铁离子的效果较好。Asahi等[5]对二氧化钛进行非金属氮掺杂, 提高了光催化作用。Dvoranova等[6]对Cr、Mn和Co掺杂的TiO2光催化剂进行研究, 掺杂后的TiO2其吸收光谱向可见光区域转移。还有相关研究表明, 选择合适的不同离子进行共掺杂, 离子间的协同作用会使二氧化钛的光催化性能得到进一步提升。近年来,人们认为阴阳离子共掺杂TiO2时会产生二元协同效应,显著提高TiO2在可见光区的光催化能力,其对有机污染物的可见光催化效率优于单一掺杂。目前，国内外常用的拓展 TiO2可见光吸收范围及提高光催化活性的方法有：贵金属沉积、半导体复合、光敏化、化学处理等，其中通过对TiO2进行金属离子与非金属离子掺杂，使其光吸收范围由紫外光区向可见光区扩展，已成为近些年来的研究重点。
以TiO2为代表的金属半导体氧化物，在光解水制氨,抗菌除臭,废气净化,降解有机物、自清洁等方面的研究越来越多，应用也越来越广泛。TiO2光催化剂作为一种环境友好型光催化剂，具有催化活性离、价廉、耐腐蚀性强、无毒污染等特点，使其在环境治理尤其是水处理方面具有很大的应用前景。
2.1TiO2光催化机理
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