铋掺杂TiO2 改性沥青的光催化性能优化及其在城市NO污染治理中的应用机制研究

　　针对TiO2 光催化剂带隙宽(～3.2 eV)和电子-空穴复合率高的问题，研究人员通过溶胶-凝胶法和水热法合成Bi-TiO2 纳米颗粒，结合DFT计算和多重表征(XRD/SEM/XPS等)，发现3-4% Bi掺杂可将带隙降至～2.3-2.5 eV，使可见光下NO降解率达77.6%，为功能性沥青路面材料开发提供新思路。

　　

随着城市化进程加速，机动车尾气排放的氮氧化物(NO)污染已成为威胁公共健康的重大环境问题。传统TiO₂
光催化剂因宽带隙(～3.2 eV)和快速电子-空穴复合的特性，在可见光条件下的实际应用效果受限。针对这一挑战，中国某研究团队在《Journal of Cleaner Production》发表研究，通过材料改性和工程应用双维度创新，开发出具有高效可见光响应的Bi-TiO₂
/沥青复合材料。

研究采用溶胶-凝胶法和水热法合成Bi-TiO₂
，结合密度泛函理论(DFT)计算、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等技术，系统比较了不同制备方法对材料性能的影响。

【催化剂制备】
水热法合成的TiO₂
比表面积(BET)达194 m²
/g，较溶胶-凝胶法(107 m²
/g)提升近一倍，且具有更小的粒径(20-30 nm)和更少的晶格缺陷。

【XRD分析】
所有样品均保持锐钛矿相结构，Bi掺杂未改变晶型但引入Bi₄
Ti₃
O₁₂
杂相，30.06°特征峰证实掺杂成功。

【讨论】
3-4% Bi掺杂使带隙从2.8-2.85 eV降至2.3-2.5 eV，DFT计算显示Bi引入的杂质态是带隙窄化的关键。但过量氧空位会抑制可见光活性，揭示"掺杂浓度-缺陷态"的平衡机制。

【结论与展望】
水热法制备的Bi-TiO₂
在沥青基质中展现77.6%的可见光NO降解率，其大比表面积和优化电子结构协同提升性能。该研究为开发兼具道路工程性能和环境净化功能的智能材料提供理论依据与技术路径，对推动"光催化路面"的实际应用具有重要价值。