贵金属沉积增强光催化效率

2016-04-20 13:02来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部

贵金属沉积作用示意图

贵金属Pd、Pt、Au、Ag、Ru等沉积在纳米TiO2上从而提高光催化剂的活性，其中Pt的报道较多。贵金属的添加普遍提高了TiO2的光催化活性。在催化剂表面沉积Pt等金属相当于在TiO2表面构成一个以TiO2和金属为电极的短路微电池，TiO2电极所产生的h+ 将液相中的有机物氧化，而e则流向金属电极，将液相中的氧化钛组分还原，降低h+ 和e的复合率，提高了催化剂的反应活性。贵金属以原子簇的形式沉积在TiO2表面，电中性且相互分开的贵金属和n-型半导体具有不同的Fermi能级，当金属的功函数（φm）高于半导体功函数（φm）时，电子就会不断的从Fermi能级较高的半导体向Fermi能级较低的金属表面迁移，直到二者Fermi能级相等为止。在两者电接触之后形成的空间电荷层中，贵金属表面将获得多余的负电荷，而半导体表面获得多余的正电荷，这样半导体的表面将会向上弯曲，从而形成损耗层，这种在金属-半导体表面形成的损耗层被称为Schottky能垒。这种Schottky能垒能阻止光催化过程中电子-空穴对的再复合，是一种有效的捕获肼。 电子被激发后向金属迁移时被Schottky能垒捕获，从而使电子-空穴对分离，复合受到抑制。Pt-TiO2的光电导率比TiO2的光电导率小证实了电子向金属的迁移。这样，空穴就能自由地扩散到半导体表面将有机物氧化。

Sasaki等用激光脉冲法把 Pt 沉积在TiO2表面，发现 Pt/TiO2 体系带隙能降为2.3 eV，从而使激发波长延伸至可见光区。Sung-Suh等比较了在可见光和紫外光激发下，Ag/TiO2 对罗丹明B降解的催化性能，发现可见光下Ag/TiO2 的催化效率比纯TiO2提高近 30%，而紫外光下其催化效率与纯TiO2相比只提高约10% 。 M. Anpo的ESR结果表明：TiO2上Ti3＋的信号强度（源于Ti4＋捕获光生电子）随着光照时间线形增加，而在Pt/TiO2上，信号强度几乎不变，说明Pt/TiO2上光生电子从TiO2快速迁移到了Pt上。一系列研究已表明，贵金属沉积的光催化剂普遍提高了半导体的光催化活性，并且适用范围极为广泛，包括水分解、有机物的氧化降解以及重金属的还原等。