作為一種重要的半導(dǎo)體光催化材料，二氧化鈦有著催化活性高、價格低廉、無毒和穩(wěn)定性好等特點，在空氣凈化、自清潔和廢水處理等多個領(lǐng)域已取得較好應(yīng)用。相對于粉體懸浮體系，二氧化鈦薄膜材料具有無需二次分離等特點，工業(yè)應(yīng)用前景更為寬廣，近年來受到了廣泛重視。另一方面，由于二氧化鈦禁帶寬度較寬，對太陽光的吸收僅限于紫外區(qū)，因此太陽光利用率不足百分之三;而且光生載流子易于發(fā)生復(fù)合而降低量子產(chǎn)率，制約著光催化效率。為此，國內(nèi)外學(xué)者對二氧化鈦摻雜改性技術(shù)進行了大量研究，主要集中于過渡金屬離子、稀土元素和非金屬元素等摻雜體系，被認(rèn)為是擴展二氧化鈦光譜吸收、提高催化效率的有效手段。
最近幾年，國內(nèi)外研究人員發(fā)現(xiàn)采用釩摻雜能夠顯著改善二氧化鈦的光吸收特性。然而，因?qū)嶒灧椒ê椭苽涫侄尾槐M相同，釩摻雜對二氧化鈦材料特性的影響機制還存在較大爭議。隨著新的實驗現(xiàn)象不斷被發(fā)現(xiàn)，二氧化鈦摻雜改性技術(shù)的理論和應(yīng)用研究有待進一步深入。現(xiàn)由研究人員考察了釩摻雜對二氧化鈦薄膜晶體結(jié)構(gòu)和光譜吸收特性影響，證實了釩在二氧化鈦中的物化狀態(tài)，從理論角度分析釩摻雜對二氧化鈦薄膜材料光譜吸收紅移特性的作用機制，并結(jié)合晶界勢壘模型討論了材料在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
采用溶膠-凝膠技術(shù)制備了釩摻雜二氧化鈦薄膜，釩摻雜并未引起晶型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，在一定程度上促進了銳鈦礦相晶面的擇優(yōu)取向生長，并使二氧化鈦禁帶寬度變窄，吸收帶邊紅移至可見光范圍。研究發(fā)現(xiàn)，釩摻雜二氧化鈦薄膜中釩由前驅(qū)物中的三價轉(zhuǎn)變?yōu)樗膬r和五價兩種價態(tài)，對銳鈦礦型二氧化鈦半導(dǎo)體而言屬于深能級摻雜，一定條件下可擴展為雜質(zhì)能帶與二氧化鈦價帶頂相連，使其價帶頂向禁帶延伸而引起禁帶寬度變窄效應(yīng)，從而拓寬了光譜響應(yīng)。結(jié)合半導(dǎo)體晶界勢壘模型分析認(rèn)為，釩摻雜引起的深雜質(zhì)能級在晶界處易于俘獲光生空穴，從而降低光生載流子的復(fù)合，有利于拓展其在光催化領(lǐng)域的用途。
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