掺杂二氧化钛的研究进展二氧化钛作为一种非常重要的半导体材料，在太阳能光解水、污水处理、空气净化等方面有着重要的应用前景。但由于其禁带宽度只有3.2eV，要使二氧化钛激发产生电子-空穴对时需要用紫外线光进行照射，而紫外光只占到太阳光的5％左右，其电荷载流子复合速率非常快，所以二氧化钛在太阳光下对污染物的降解效率并不高，从而限制了二氧化钛光学材料的广泛应用。大量研究实验证明，通过掺杂可有效提高二氧化钛的辐射吸收特性，拓宽其光响应范围。64351

目前，对于二氧化钛掺杂物质很多，大体可分为非金属掺杂和金属掺杂。

1  非金属掺杂二氧化钛的研究进展

    2001年，R．Asahi等在二氧化钛非金属物质掺杂方面的研究取得突破性进展，使二氧化钛对可见下辐射吸收特性方面的研究向前迈进了大大的一步，并使得非金属物质掺杂(如N、C、S、F等)成为目前二氧化钛半导体掺杂领域研究的重要方向[8]。

1  非金属掺杂对二氧化钛辐射吸收特性的影响

由于二氧化钛(锐钛矿)存在较宽的带隙，从而大大地限制了其在可见光照射环境下的应用。而非金属物质(N、C、S、F等)掺杂二氧化钛后，二氧化钛的电子结构发生了改变，改善了二氧化钛材料的辐射吸收特性，从而增强其对可见光的利用率，使掺杂二氧化钛在可见光辐射下能够显著降解有机污染物，也使掺杂二氧化钛在可见光辐射下能够产生明显的光生电流，并具有一定的超亲水性。

 非金属掺杂主要分为两种方式：①非金属原子取代TiO2中的氧原子；②非金属原子进入TiO2晶格间隙。掺杂的非金属一般是N、C、S、F等。有文献提到：C 、S可以作为阴离子被掺杂进入TiO2晶胞中，可以认为这种掺杂是取代了TiO2中的氧原子，掺杂后的TiO2在可见光范围的吸收率得到显著提高，而且其可见光辐射吸收特性明显增强。另外，Ohno等报道C、S也能够以阳离子的形式掺杂进TiO2结构中，他们发现阳离子掺杂的TiO2辐射吸收特性比以阴离子形式掺杂的辐射吸收特性变化更加显著[9]。论文网

 R．Asahi等利用在N2／Ar气氛下TiO2为靶溅射形成薄膜，然后在N2气氛中在550℃下退火4h，可以得到锐钛矿和金红石两种混合晶型的掺氮TiO2薄膜，由光学吸收谱可以看出，掺氮TiO2对可见光表现出显著吸收性能，经过测试可以发现掺氮后的样品对MB和乙醛气体都表现出明显的可见光学特性，而掺氮对紫外光(UV)辐射下的辐射吸收特性没有明显的影响[8]。由此可见，掺氮TiO2相对于未掺氮TiO2表现出更好的光电响应性能。

2  非金属掺杂二氧化钛存在的问题

    尽管非金属物质掺杂TiO2可以显著改善其对可见光的辐射吸收特性，但要能够在工程中得到实际应用还有许多问题需要进一步研究。例如，对于非金属掺杂对TiO2热稳定性的影响的研究比较少。另外，由于非金属物质掺杂往往伴随着氧空位产生，而氧空位对掺杂TiO2辐射吸收特性的影响到底如何也没有得到准确的认识。再者，对于其它非金属物质(如C、S、F等)掺杂如何影响TiO2的电子结构的研究还比较少，需要更进一步的研究。此外，TiO2作为一种半导体材料，非金属物质掺杂改变其电子结构将意着其半导体特性也可能发生改变，而且目前对这种特性的改变带来的后果也没有深入的研究，也正因为这种改变的存在，非金属物质掺杂也可能为TiO2在传感器、电致变色器件等领域获得全新的使用价值[10]。

2  金属掺杂二氧化钛的研究进展

    金属掺杂改变了TiO2的禁带宽度、抑制了电子一空穴的复合，从而提高了TiO2的光、电、磁性能，因此拓宽TiO2在实际生活中应用。金属掺杂的方式有很多，主要分为贵金属掺杂、过渡金属掺杂、稀土金属掺杂等。