V2O5/TiO2复合光催化剂的研究现状

摘  要：TiO₂是目前研究和应用最为广泛的光催化剂，但其存在光量子效率低和可见光响应能力差的不足。本文总结了使用V₂O₅，与TiO₂进行复合，从而改善其光催化活性的国内外研究现状，进而对V₂O₅/TiO₂光催化剂研究的发展趋势做出展望。

关键词：V₂O₅/TiO₂;光催化;研究现状

1 引言

TiO₂具有稳定性好、催化活性高、廉价、无毒等优点。因此TiO₂光催化技术在有机废水处理领域受到了越来越广泛的关注。但是一方面TiO₂的光生电子和空穴极易发生复合，另一方面TiO₂的带隙较宽，只能被波长小于388nm的紫外光激发。因此，其实际应用受到了一定程度的限制。V₂O₅是一種层状结构的半导体材料，带隙窄（E_g=2.3eV）^[1]，光响应范围宽，能够被波长小于605nm的可见光激发，同时化学性质稳定，在光催化领域得到了较为广泛的应用。将V₂O₅与TiO₂复合，能够拓展TiO₂的光吸收范围;同时，能够促进光生电子和空穴的分离，提高了光量子效率。

2 国内外研究现状

赵春等^[2]采用溶胶-凝胶的方式制备了V₂O₅/TiO₂复合半导体材料，其相组成以金红石型TiVO₄为主，同时含有部分的锐钛矿型TiO₂和少量高度分散的V₂O₅物相。TiVO₄的禁带宽度较窄，显著地提高了材料的可见光吸收能力。Su Q等^[3]采用典型的一步电纺丝过程，制备了不同形貌的V₂O₅/TiO₂纳米异质结构，并通过对罗丹明B的降解，研究了煅烧温度和V/Ti摩尔比对异质结构可见光光催化活性的影响。结果显示煅烧温度和V/Ti摩尔比是样品形貌的重要影响因素，而样品形貌又对有效的V₂O₅/TiO₂纳米异质结构的数量产生影响。当煅烧温度为400℃，V/Ti摩尔比为1：1时，V₂O₅/TiO₂纳米异质结构展示了最好的光催化活性;当煅烧温度超过400℃时，V₂O₅晶粒逐渐生长，大的V₂O₅棒在V₂O₅/TiO₂纳米纤维上形成，因此有效的V₂O₅/TiO₂纳米异质结构的数量逐渐减少，导致光催化活性逐渐降低。并且过低或过高的V/Ti摩尔比都会使有效的V₂O₅/TiO₂纳米异质结构的数量减少，进而使光催化剂的光催化活性有所降低。Stoyanov S等^[4]在乙醇悬浮液中通过浸涂的方式分别制备了TiO₂膜和V₂O₅/TiO₂复合膜，以亚甲基蓝为模型降解物考察了膜层的光催化活性，结果显示，较之纯TiO₂膜，V₂O₅/TiO₂复合膜的光催化活性有所增加。Wang Y等^[5]通过静电纺丝技术制备了具有高的可见光光催化活性的V₂O₅/TiO₂纳米异质结构，相比于纯TiO₂纳米纤维，异质结构对罗丹明B具有更高的降解速率。并且，作者还研究了V/Ti摩尔比对光催化活性的影响，结果表明当V/Ti摩尔比大约为1：1时，异质结构具有最佳的光催化活性，这与此时在V₂O₅/TiO₂纳米纤维中能够形成最多的有效的V₂O₅/TiO₂异质结构有关。此外，V₂O₅/TiO₂异质结构在循环使用十次之后仍然具有很高的光催化活性。

3 结语

将V₂O₅与TiO₂复合，有效地提高了TiO₂的光催化活性，实现了其可见光的响应。为了能够提高TiO₂光催化的实际应用价值，有效地推进其产业化，开发制备与基体结合牢固、光催化活性高的V₂O₅/TiO₂复合薄膜仍然是光催化领域的研究热点之一。

参考文献

[1] Yan B，Liao L，You Y，et al.Single-Crystalline V₂O₅Ultralong Nanoribbon Waveguides.Advanced Materials，2009，21（23）：2436-2440.

[2] 赵春，钟顺和.V₂O₅-TiO₂复合半导体光催化材料结构及光响应性能研究.无机化学学报，2006，22（2）：238-242.

[3] Su Q，Zhang J，Wang Y，et al.Effect of the morphology of V₂O₅/TiO₂nanoheterostructures on the visible light photocatalytic activity.Journal of Physics and Chemistry of Solids，2013，74（10）：1475-1481.

[4] Stoyanov S，Mladenova D，Dushkin C.Photocatalytic properties of mixed TiO₂/V₂O₅films in water purification at varying pH.Reaction Kinetics and Catalysis Letters，2006，88（2）：277-283.

[5] Wang Y，Zhang J，Liu L，et al.Visible light photocatalysis of V₂O₅/TiO₂nanoheterostructures prepared via electrospinning.Materials Letters，2012，75（15）：95-98.

基金项目：湖北省教育厅科学研究计划指导性项目（B2018079），项目名称：可见光响应的V₂O₅/Ti₃C₂复合光催化剂的可控制备及光催化性能研究。

作者简介：罗强（1981-），男（汉族），山东滕州人，博士，任职于武汉轻工大学，讲师，研究方向：光催化材料。