V₂O₅/TiO₂復(fù)合光催化劑的研究現(xiàn)狀

摘? 要：TiO₂是目前研究和應(yīng)用最為廣泛的光催化劑，但其存在光量子效率低和可見光響應(yīng)能力差的不足。本文總結(jié)了使用V₂O₅，與TiO₂進(jìn)行復(fù)合，從而改善其光催化活性的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，進(jìn)而對(duì)V₂O₅/TiO₂光催化劑研究的發(fā)展趨勢(shì)做出展望。

關(guān)鍵詞：V₂O₅/TiO₂;光催化;研究現(xiàn)狀

1 引言

TiO₂具有穩(wěn)定性好、催化活性高、廉價(jià)、無毒等優(yōu)點(diǎn)。因此TiO₂光催化技術(shù)在有機(jī)廢水處理領(lǐng)域受到了越來越廣泛的關(guān)注。但是一方面TiO₂的光生電子和空穴極易發(fā)生復(fù)合，另一方面TiO₂的帶隙較寬，只能被波長(zhǎng)小于388nm的紫外光激發(fā)。因此，其實(shí)際應(yīng)用受到了一定程度的限制。V₂O₅是一種層狀結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，帶隙窄（E_g=2.3eV）^[1]，光響應(yīng)范圍寬，能夠被波長(zhǎng)小于605nm的可見光激發(fā)，同時(shí)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在光催化領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。將V₂O₅與TiO₂復(fù)合，能夠拓展TiO₂的光吸收范圍;同時(shí)，能夠促進(jìn)光生電子和空穴的分離，提高了光量子效率。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

趙春等^[2]采用溶膠-凝膠的方式制備了V₂O₅/TiO₂復(fù)合半導(dǎo)體材料，其相組成以金紅石型TiVO₄為主，同時(shí)含有部分的銳鈦礦型TiO₂和少量高度分散的V₂O₅物相。TiVO₄的禁帶寬度較窄，顯著地提高了材料的可見光吸收能力。Su Q等^[3]采用典型的一步電紡絲過程，制備了不同形貌的V₂O₅/TiO₂納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并通過對(duì)羅丹明B的降解，研究了煅燒溫度和V/Ti摩爾比對(duì)異質(zhì)結(jié)構(gòu)可見光光催化活性的影響。結(jié)果顯示煅燒溫度和V/Ti摩爾比是樣品形貌的重要影響因素，而樣品形貌又對(duì)有效的V₂O₅/TiO₂納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)量產(chǎn)生影響。當(dāng)煅燒溫度為400℃，V/Ti摩爾比為1：1時(shí)，V₂O₅/TiO₂納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)展示了最好的光催化活性;當(dāng)煅燒溫度超過400℃時(shí)，V₂O₅晶粒逐漸生長(zhǎng)，大的V₂O₅棒在V₂O₅/TiO₂納米纖維上形成，因此有效的V₂O₅/TiO₂納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)量逐漸減少，導(dǎo)致光催化活性逐漸降低。并且過低或過高的V/Ti摩爾比都會(huì)使有效的V₂O₅/TiO₂納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)量減少，進(jìn)而使光催化劑的光催化活性有所降低。Stoyanov S等^[4]在乙醇懸浮液中通過浸涂的方式分別制備了TiO₂膜和V₂O₅/TiO₂復(fù)合膜，以亞甲基藍(lán)為模型降解物考察了膜層的光催化活性，結(jié)果顯示，較之純TiO₂膜，V₂O₅/TiO₂復(fù)合膜的光催化活性有所增加。Wang Y等^[5]通過靜電紡絲技術(shù)制備了具有高的可見光光催化活性的V₂O₅/TiO₂納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)，相比于純TiO₂納米纖維，異質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)羅丹明B具有更高的降解速率。并且，作者還研究了V/Ti摩爾比對(duì)光催化活性的影響，結(jié)果表明當(dāng)V/Ti摩爾比大約為1：1時(shí)，異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有最佳的光催化活性，這與此時(shí)在V₂O₅/TiO₂納米纖維中能夠形成最多的有效的V₂O₅/TiO₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。此外，V₂O₅/TiO₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)在循環(huán)使用十次之后仍然具有很高的光催化活性。

3 結(jié)語

將V₂O₅與TiO₂復(fù)合，有效地提高了TiO₂的光催化活性，實(shí)現(xiàn)了其可見光的響應(yīng)。為了能夠提高TiO₂光催化的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，有效地推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化，開發(fā)制備與基體結(jié)合牢固、光催化活性高的V₂O₅/TiO₂復(fù)合薄膜仍然是光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：湖北省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃指導(dǎo)性項(xiàng)目（B2018079），項(xiàng)目名稱：可見光響應(yīng)的V₂O₅/Ti₃C₂復(fù)合光催化劑的可控制備及光催化性能研究。

作者簡(jiǎn)介：羅強(qiáng)（1981-），男（漢族），山東滕州人，博士，任職于武漢輕工大學(xué)，講師，研究方向：光催化材料。