光催化析氫反應(yīng)中TiO2基催化劑的研究進(jìn)展

徐 倩,田 林，蔡金秋，楊青宏,侯彥青1，,謝 剛,4

(1.昆明理工大學(xué) 復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650093；2.昆明理工大學(xué) 冶金與能源工程學(xué)院，云南 昆明 650093； 3.云南師范大學(xué) 能源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650500； 4.昆明冶金研究院，云南 昆明 650031)

0 引 言

目前，世界能源經(jīng)濟(jì)主要依賴(lài)于煤炭、天然氣、石油產(chǎn)品等化石燃料，而化石燃料的資源短缺以及環(huán)境污染成為了當(dāng)今社會(huì)面臨的兩大問(wèn)題，并且燃燒化石能源造成了嚴(yán)重的能源損耗問(wèn)題[1-2].在達(dá)成雙碳的目標(biāo)下，尋找一種環(huán)境友好、可存儲(chǔ)和高能量的新能源材料具有十分重要的意義,因此,氫能(H2)被認(rèn)為是最具有潛力的清潔能源之一[3-6].目前制氫的方法主要有化石燃料制氫(煤氣化、天然氣制氫等)、水電解制氫、工業(yè)副產(chǎn)制氫、新型制氫方法(生物質(zhì)、光解水、熱化學(xué)裂解水制氫)和太陽(yáng)能制氫等[7].在這些方法中，大多存在高能耗、低效率、產(chǎn)氫量小等缺點(diǎn)[8].而太陽(yáng)能并不存在這些問(wèn)題且取之不竭，因此，太陽(yáng)能制氫被認(rèn)定是制氫最理想的方法之一[9].

太陽(yáng)能制氫主要是通過(guò)陽(yáng)光對(duì)水進(jìn)行分解，其主要有水解光制氫和氧化還原制氫兩種方式[7].而光催化水分解被認(rèn)為是緩解日益嚴(yán)重的能源短缺和解決環(huán)境污染的最有吸引力的方法之一[10-11].然而，由于轉(zhuǎn)換效率有限，太陽(yáng)能的有效利用和儲(chǔ)存仍然面對(duì)很多挑戰(zhàn).因此，采用光催化制氫需要選取適當(dāng)?shù)拇呋瘎?半導(dǎo)體光介導(dǎo)催化技術(shù)可以有效利用太陽(yáng)光，并且清潔環(huán)保，它通過(guò)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能或化學(xué)能，在能量轉(zhuǎn)換、清潔能源再生以及環(huán)境保護(hù)等方面有著至關(guān)重要的作用[12].最佳的水分解材料應(yīng)在水中保持穩(wěn)定并具有吸收可見(jiàn)光的適當(dāng)帶隙[13].在這些材料中，二氧化鈦(TiO2)得益于其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，以及廉價(jià)、無(wú)毒的特性，從而被廣泛研究，是最具有代表性的光催化劑之一[14-16].然而，由于其寬帶隙(3.2 eV)，嚴(yán)重阻礙了對(duì)太陽(yáng)光中可見(jiàn)光的吸收[17-18].同時(shí)，二氧化鈦還具有高電荷復(fù)合率(光生電子-空穴對(duì))，導(dǎo)致了光催化活性降低[19-20].為了更好地利用太陽(yáng)光，必須開(kāi)發(fā)高效的二氧化鈦基可見(jiàn)光活性光催化劑.因此，要提高二氧化鈦催化劑的活性，主要是通過(guò)合成復(fù)合材料、元素?fù)诫s等方法實(shí)現(xiàn)抑制電子-空穴的復(fù)合以及對(duì)二氧化鈦進(jìn)行光敏化實(shí)現(xiàn)延伸二氧化鈦的激發(fā)波長(zhǎng)范圍[21-23].

本文綜述了近年來(lái)TiO2光催化材料的析氫反應(yīng)的研究進(jìn)展，重點(diǎn)討論了關(guān)于復(fù)合材料的元素組分、摻雜以及光敏化對(duì)TiO2光催化活性的調(diào)整與改良.對(duì)每種復(fù)合材料的優(yōu)越性和局限性進(jìn)行了評(píng)述.最后，提出了改善TiO2光催化劑性能的現(xiàn)有途徑和可能性.

1 光催化劑析氫反應(yīng)的基本原理

水的分解在紫外線(xiàn)照射下，分解主要分為以下幾個(gè)步驟：第一，光催化劑吸收紫外線(xiàn)帶來(lái)的能量，此能量大于或等于光催化劑自身帶隙的能量，幫助電子獲得能量；第二，獲得能量的電子從價(jià)帶躍遷移動(dòng)到導(dǎo)帶，價(jià)帶中產(chǎn)生電子空穴；第三，表面的H+獲得電子變成H2，水分子被空穴氧化成H+和O2.

(1)

(2)

在含有光照條件下，反應(yīng)的初始條件是催化劑的導(dǎo)帶值要小于H+/H2的還原電位(0 ev),價(jià)帶值大于O2/H2O的還原電位(1.23 eV).半導(dǎo)體光催化制氫反應(yīng)的基本過(guò)程:半導(dǎo)體吸收能量等于或大于禁帶寬度的光子，將發(fā)生電子由價(jià)帶向?qū)У能S遷，這種光吸收稱(chēng)為本征吸收.本征吸收在價(jià)帶生成空穴,在導(dǎo)帶生成電子，這種光生電子—空穴對(duì)具有很強(qiáng)的還原和氧化活性，由其趨動(dòng)的還原氧化反應(yīng)稱(chēng)為光催化反應(yīng).光催化反應(yīng)包括，光生電子還原電子受體H+和光生空穴氧化電子給體e-的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，這兩個(gè)反應(yīng)分別稱(chēng)為光催化還原和光催化氧化.具體機(jī)理如圖1所示.在實(shí)際反應(yīng)過(guò)程中，由于半導(dǎo)體能帶彎曲及表面過(guò)電位等因素的影響,對(duì)禁帶寬度的要求往往要比理論值大.也就是說(shuō)，能夠?qū)崿F(xiàn)完全分解水得到氫氣和氧氣光催化材料的帶隙必須大于 1.23 eV，并且導(dǎo)帶和價(jià)帶的位置相對(duì)氫標(biāo)準(zhǔn)電極電位的位置合適.因此,TiO2是一種很有前途的光催化劑作為析氫反應(yīng)的候選材料，其導(dǎo)帶值約為 0.3 eV，價(jià)帶值約為 2.9 eV.二氧化鈦經(jīng)常被用于光分解水的催化劑，在太陽(yáng)光照環(huán)境下，用TiO2做陽(yáng)極，使用鉑為陰極，進(jìn)行光電催化實(shí)驗(yàn).

圖1 光催化劑析氫反應(yīng)的基本原理 Fig.1 Basic principle of the photocatalyst hydrogen evolution reaction

2 光催化析氫反應(yīng)中不同的TiO2復(fù)合材料

2.1 二氧化鈦基光催化復(fù)合材料

目前有研究表明，單獨(dú)將TiO2作為光催化劑時(shí)，由于光生電子-空穴對(duì)復(fù)合率較高，從而影響其析氫性能.因此，利用某些材料與TiO2組成復(fù)合材料,從而在一定程度上抑制電子-空穴的復(fù)合達(dá)到增強(qiáng)其光催化活性的目的.因此,大量研究人員對(duì)二氧化鈦復(fù)合材料進(jìn)行探索研究，目前較多用于制備復(fù)合材料催化劑的有石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料、金屬氧化物/二氧化鈦復(fù)合材料和金屬氮化物/二氧化鈦復(fù)合材料等.

2.1.1 石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料

石墨烯是一種新發(fā)現(xiàn)的二維碳材料，由于其具有優(yōu)異的電子特性而受到廣泛關(guān)注[24].目前大量研究人員利用石墨烯于二氧化鈦合成新型的復(fù)合材料并用于研究其光催化析氫性能.任建等[25]利用溶膠-凝膠法原位制備還原氧化石墨烯-二氧化鈦復(fù)合材料，其具備很好的性能.其石墨烯(GO)與TiO2充分接觸，混合均勻，從而產(chǎn)生化學(xué)變化.首先，將GO與鈦的前軀體相結(jié)合，TiO2可通過(guò)羥基與GO進(jìn)行鍵合，從而產(chǎn)生凝膠.該方法制備出TiO2納米顆?；蛘咂渌蚊玻倮盟疅峄蛘哽褵姆椒?，即可制備出石墨烯-二氧化鈦復(fù)合材料.方法簡(jiǎn)易便捷，但制備過(guò)程中化學(xué)試劑多，過(guò)程復(fù)雜.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：還原氧化石墨烯(RGO)具有較高比表面積能夠提高TiO2的吸附性能,在RGO含量為3%時(shí)，RGO與TiO2具有良好的協(xié)同合作，表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能.Khalid等[26]合成了Eu-TiO2/石墨烯復(fù)合材料，并在可見(jiàn)光照射的條件下研究了該復(fù)合材料上析氫的光催化活性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著Eu的摻雜濃度的升高，該復(fù)合材料被用于析氫反應(yīng)式的光催化性能也隨之增加.然而，當(dāng)Eu的摻雜濃度超過(guò)閾值時(shí)，進(jìn)一步增加含量反而會(huì)降低光催化性能.表明析氫的增強(qiáng)光催化性能歸因于擴(kuò)展的可見(jiàn)光吸收，由于Eu和石墨烯的協(xié)同作用而抑制了電子-空穴的復(fù)合.這些研究結(jié)果表明，石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料具有高效光催化析氫性能主要是由于石墨烯可以加速光催化反應(yīng)中光生載流子的遷移，抑制光生電子和光生空穴的復(fù)合，在制備復(fù)合材料的過(guò)程中會(huì)使得二氧化鈦納米粒子在石墨烯表面上具有良好的分散效果.

2.1.2 金屬氧化物/二氧化鈦復(fù)合材料

金屬氧化物也屬于重要的催化劑之一，目前有較多的研究表明，金屬氧化物與二氧化鈦形成的復(fù)合催化劑在光催化方面具有廣泛的應(yīng)用.Xu等[27]使用Bi2O3作為制氫助催化劑制備了Bi2O3-TiO2復(fù)合光催化劑，并且在甘油存在的條件下表現(xiàn)出明顯的光催化析氫活性增強(qiáng).同時(shí)研究了Bi2O3用量對(duì)TiO2析氫活性的影響，發(fā)現(xiàn)最佳Bi2O3含量為 0.89 mol%，產(chǎn)氫率為 920 μmol/h，超過(guò)純TiO2的73倍.Yu等[28]采用微波輔助溶劑熱法來(lái)制備用于高效光催化析氫的CuO裝飾的TiO2棒.事實(shí)證明，使用本光催化劑實(shí)現(xiàn)了高達(dá) 3 508.7 μmol/(g·h)-1的特定析氫速率.提高的光催化性能歸因于高表面積、特定能帶結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)的CuO和多孔TiO2棒界面處的光捕獲的協(xié)同效應(yīng).

2.1.3 金屬氮化物/二氧化鈦復(fù)合材料

金屬氮化物因其物理和光學(xué)特性而在能源應(yīng)用中具有潛力.Montoya等[29]研究了氮化鈦(TiN)和二氧化鈦(TiO2)納米顆粒復(fù)合材料通過(guò)甲醇重整的光催化析氫(H2)活性.洪墨池[30]利用硫酸氧鈦為前驅(qū)體合成TiO2納米管，并通過(guò)N-d-C/Co在800℃高溫下進(jìn)一步處理，合成了具有優(yōu)秀光催化活性Ti3+-d-TiO2MNTs/N-d-C/CoNPs復(fù)合材料.通過(guò)表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料具有更窄的帶隙，更大的比表面積，更快的光生電子-空穴分離速率，相比于原TiO2顯示出明顯提高的光催化制氫性能.在可見(jiàn)光照射下，TiO2和復(fù)合材料的制氫速率分別為～0.92 mmol/(h·g)-1和～3.98 mmol/(h·g)-1.同時(shí)，采用循環(huán)實(shí)驗(yàn)證明了該復(fù)合材料優(yōu)異的穩(wěn)定性.上述這些研究結(jié)果表明，利用各種材料與二氧化鈦合成復(fù)合光催化材料，復(fù)合材料的光催化析氫性能與二氧化鈦相比都有很大的提升.

2.2 摻雜型納米二氧化鈦光催化復(fù)合材料

引入其他元素與TiO2進(jìn)行摻雜合成復(fù)合材料，降低帶隙并提高光催化性能[31].此外，通過(guò)引入其他元素抑制了光生電子和光生空穴對(duì)的復(fù)合[32].元素的摻雜分為單元素和多元素?fù)诫s，單元素又可以分為金屬和非金屬元素，多元素有金屬元素、非金屬元素以及金屬元素和非金屬元素的混合摻雜[33].與單元素?fù)诫s相比，多元素?fù)诫s比表面積更大，對(duì)可見(jiàn)光的吸收更好.

2.2.1 單元素?fù)诫s

(1)金屬元素?fù)诫s

馬麗霞[34]開(kāi)發(fā)了一種通過(guò)溶劑熱法制備過(guò)渡金屬(M:Fe、Co、Ni、Cu)摻雜介孔TiO2納米球(M-mTiO2)的方法，并對(duì)該復(fù)合材料的析氫性能進(jìn)行了研究.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法制備得到的M-mTiO2具有介孔結(jié)構(gòu)，并且摻雜的元素分布均勻.在這些復(fù)合材料中，Cu-mTiO2具有最高的光催化析氫速率(3.68 mmol/(h·g)-1)，是mTiO2的27.3倍.Cu-mTiO2存在特殊的光活化過(guò)程，Cu-mTiO2在光活化后Cu2+被還原且Ti4+被還原成Ti3+，這一陽(yáng)離子還原過(guò)程有利于吸附氫進(jìn)而提高了光催化析氫性能.Jing等[35]將Ni摻雜到介孔TiO2中制備了Ni-mTiO2復(fù)合材料.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面：該復(fù)合材料的光催化活性性能與Ni的摻雜量有關(guān).在甲醇溶液中，使用紫外-可見(jiàn)光照射的條件下研究發(fā)現(xiàn)，1%的Ni摻雜時(shí)該復(fù)合材料的光催化活性最高.

(2)非金屬元素?fù)诫s

李雙[36]采用化學(xué)氣相沉積法制備了RP/TiO2復(fù)合材料.通過(guò)調(diào)控RP與TiO2的質(zhì)量比，控制了纖維晶型RP納米棒在TiO2表面的生長(zhǎng)過(guò)程.通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的RP/TiO2復(fù)合材料均表現(xiàn)出極佳的光催化析氫能力.實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，活性最好的光催化劑的析氫速率達(dá)到 681 μmol /(h·g)-1.研究發(fā)現(xiàn)，RP與TiO2之間界面形成了緊密的化學(xué)鍵，促進(jìn)了光生電荷的有效分離和轉(zhuǎn)移，從而延長(zhǎng)了光催化過(guò)程中活性電荷的壽命.Jia等[37]的研究得知二氧化鈦的有效原位碳摻雜可以大大提高光生載流子的壽命，拓寬光催化反應(yīng)的光吸收范圍.研究發(fā)現(xiàn)，二氧化鈦表面碳層的存在可以減小催化劑的帶隙，產(chǎn)生價(jià)帶尾帶，降低功函數(shù)，有利于光催化析氫活性的提高.同時(shí)通過(guò)在模擬光照條件下的研究結(jié)果表明，分級(jí)HC-TiO2的光催化產(chǎn)氫率是沒(méi)有助催化劑的商業(yè)P25的9.7倍.張子怡[38]開(kāi)發(fā)了一種直接水解-碳化合成碳包覆二氧化鈦光催化劑的方法.在煅燒過(guò)程中，硼酸作為模板保持二氧化鈦納米粒子的尺寸，暴露更多的活性面.鈦酸四丁酯水解生成的丁醇碳化并覆蓋在二氧化鈦納米粒子表面，形成原位碳包覆二氧化鈦光催化劑.研究表明，碳包覆層對(duì)最終產(chǎn)物表面積和多孔結(jié)構(gòu)的積極作用.大的表面積和介孔結(jié)構(gòu)使該復(fù)合材料具有更多的活性位點(diǎn)，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能.

上述這些研究結(jié)果表明，通過(guò)降低禁帶寬度或采用特殊的光活化過(guò)程，單元素?fù)诫s二氧化鈦復(fù)合材料可以增強(qiáng)其光催化性能，從而增強(qiáng)其析氫效率.但是單元素?fù)诫s二氧化鈦復(fù)合材料同樣存在一定的缺點(diǎn)，主要在于光生載流子易在摻雜位點(diǎn)復(fù)合[34,39].

2.2.2 多元素?fù)诫s

(1)金屬與金屬摻雜

過(guò)度金屬摻雜可以使TiO2的光吸收帶產(chǎn)生紅移，產(chǎn)生可見(jiàn)光效應(yīng).張杰等[40]以TiO2為載體，以Fe2+和Ni2+的鹽溶液為浸漬液，采用浸漬涂抹覆蓋法制備了Fe-Ni-B/TiO2納米合金催化劑.當(dāng)該復(fù)合材料的負(fù)載量達(dá)到10%時(shí)，析氫效果最佳.Sun等[32]利用醇熱法制備鐵鎳共摻雜二氧化鈦復(fù)合材料.上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Fe、Ni共摻雜降低了光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合率，提高了光催化水分解效率；與純TiO2和單摻雜TiO2相比，共摻雜TiO2現(xiàn)出更高的析氫光催化活性.

(2)非金屬與非金屬摻雜

非金屬摻雜不僅能夠拓寬TiO2對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)范圍，還可以抑制光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合.馬麗霞[34]利用氧化鈦納米殼(h-TiO2)和石墨相氮化碳(CN)制備出了復(fù)合材料h-TiO2/CN，并提出了利用介質(zhì)諧振腔的場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)提高光催化性能的新思路.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該復(fù)合材料的最高光催化析氫速率可達(dá) 6.3 mmol/(h·g)-1，是純CN的3倍.進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論研究表明光催化效率的提升主要是因?yàn)閔-TiO2介質(zhì)諧振腔的電磁場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)提高了CN的光吸收，增大了CN對(duì)光的利用率.陳燕[41]以靜電紡絲制備的聚丙烯腈納米纖維為前驅(qū)體，鈦酸四丁酯為鈦源，通過(guò)溶劑熱法和熱處理成功制備了N、F共摻雜缺TiO2光催化劑.實(shí)驗(yàn)表明，該復(fù)合材料穩(wěn)定性能好；聚丙烯腈碳化形成的碳纖維提高了光生電子和空穴的分離效率，同時(shí)N、F共摻雜提升了催化劑的性能.Dhamaniya等[42]采用溶膠-凝膠法合成了N、F共摻雜TiO2催化劑，隨著N、F摻雜量的增加，禁帶寬度減小，吸收帶邊紅移，抑制電子和空穴的復(fù)合.

(3)金屬與非金屬元素?fù)诫s

金屬與非金屬的共摻雜可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)帶的寬化下移和價(jià)帶的寬化上移，從而進(jìn)一步縮小禁帶寬度.于佳輝[43]以九水硝酸鐵作為鐵源，尿素作為氮源，采用溶膠-凝膠/浸漬-提拉法制備了TiO2/GF光催化劑，F(xiàn)e、N共摻雜降低了電子空穴對(duì)的復(fù)合率，拓寬了TiO2的光響應(yīng)范圍，從而有效提高TiO2的光催化性能.Jiang等[44]以二水合氯化錫作為錫源，銨氯化物作為氮源，制備了Sn2+和N共摻雜的TiO2光催化劑，并用于研究其析氫性能.結(jié)果表明：在可見(jiàn)光下，該催化劑的最高產(chǎn)氫活性達(dá)到 0.37 mmol/(h·g)-1，高于Sn與N的單元素?fù)诫s的析氫能力.這主要元素間產(chǎn)生協(xié)同作用，縮短TiO2的禁帶寬度，同時(shí)抑制光生電子與空穴復(fù)合.

上述研究結(jié)果表明，元素共摻雜可以縮短禁帶寬度、產(chǎn)生可見(jiàn)光效應(yīng)、抑制光生電子與空穴復(fù)合，從而使得共摻雜TiO2光催化劑具有更強(qiáng)的光催化活性和析氫效率.但存在共摻雜的機(jī)理和協(xié)同機(jī)制尚不完全明確，共摻雜改性TiO2的可見(jiàn)光效應(yīng)有待進(jìn)一步提高等問(wèn)題.因此，之后還需要對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的探討研究.

2.3 光敏化二氧化鈦

上述的研究主要是通過(guò)降低光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合率，從而達(dá)到提高二氧化鈦光催化劑的活性.而TiO2的原始帶隙是比較大的，能吸收的光能是有限的，因此，可以選擇對(duì)其進(jìn)行光敏化以提高二氧化鈦吸收可見(jiàn)光.光敏化主要是通過(guò)加入適當(dāng)?shù)墓饣钚悦艋瘎蛊湮皆赥iO2表面[45].由于敏化劑在可見(jiàn)光的照射下具有較大的激發(fā)因子，能將吸收的光子激發(fā)產(chǎn)生自由電子，隨后激發(fā)態(tài)的光活性分子將自由電子注入到TiO2的導(dǎo)帶上，從而使得TiO2的激發(fā)波長(zhǎng)范圍得到增加，擴(kuò)大了二氧化鈦對(duì)可見(jiàn)光的利用[46-47].光敏化二氧化鈦以提高其光催化活性的具體過(guò)程見(jiàn)圖2.目前大量的研究人員對(duì)二氧化鈦光敏化進(jìn)行了探索研究.Nada等[48]研究了敏化的TiO2/RuO2-MV2+系統(tǒng)在幾種光敏劑存在下使用紫外線(xiàn)和太陽(yáng)輻射光催化制氫.研究發(fā)現(xiàn)，特別是在使用太陽(yáng)能輻射的情況下，敏化改性二氧化鈦比裸改性二氧化鈦產(chǎn)氫量更高.Tan等[49]利用ZnIn2S4作為光敏劑，有目的地構(gòu)建了2D/3DTiO2/ZnIn2S4納米結(jié)構(gòu)以克服TiO2缺乏可見(jiàn)光響應(yīng)能力的問(wèn)題，研究發(fā)現(xiàn)該樣品在可見(jiàn)光照射下表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化析氫活性，其速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)原始TiO2納米片.Wang等[50]用穩(wěn)定且高度分散的離散金屬硫族化物簇作為光敏劑制備得到T4/TiO2復(fù)合材料，相較于原始TiO2，T4/TiO2提高了 328.2 μmol/(g·h)-1的光催化活.這些研究表明光敏化二氧化鈦會(huì)大幅度提高其光催化活性，從而提高產(chǎn)氫量.

圖2 光敏化操作原理Fig.2 Principle of photosensitization operation

3 結(jié)語(yǔ)及展望

由于TiO2具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、高環(huán)保性和低成本等優(yōu)點(diǎn)，因此，被廣泛應(yīng)用于污水處理、抗菌消毒及光催化產(chǎn)氫等方面.然而，純二氧化鈦?zhàn)鳛榇呋瘎┐嬖谝欢ǖ娜毕?，主要是由于其具有寬帶隙，?huì)導(dǎo)致光致激子的快速猝滅，從而降低TiO2的光催化活性.同時(shí)，近年大量的研究表明，盡管TiO2光催化劑具有高活性，而并未對(duì)催化劑的循環(huán)利用率進(jìn)行探索，若催化劑具有良好的循環(huán)利用率，不僅可以降低其成本，同時(shí)可以提高其實(shí)際利用率.

本文中主要討論了TiO2基的催化劑在光催化還原水中的應(yīng)用.而單純的二氧化鈦在實(shí)際應(yīng)用中存在帶隙大、氫過(guò)電位高和激子的再混合等缺點(diǎn).為了改進(jìn)這些缺點(diǎn)，目前已經(jīng)通過(guò)不同的改進(jìn)方法提高TiO2的光催化活性，主要包括有利用不同物質(zhì)與TiO2制備復(fù)合材料、元素?fù)诫s和光敏化等.上述的策略主要是通過(guò)改變其寬帶隙和延伸其可見(jiàn)光作用范圍以改進(jìn)二氧化鈦的光催化活性，而TiO2的內(nèi)部組成和結(jié)構(gòu)對(duì)催化性能同樣存在相應(yīng)的影響.因此，基于TiO2的催化劑的組成和結(jié)構(gòu)工程的組合有望提供更好的器件性能，需要在不久的將來(lái)進(jìn)行更多的研究調(diào)查.