由表1可以看到，樣品T5100-C和樣品T5100-I中Cl、N、I元素的含量低于檢測限或不存在，而樣品T5100-B成功地摻入了含量較高的N原子和微量的Br原子。結合C1、Br、I和Ti的化學性質，可能的原因如下：首先，根據軟硬酸堿規則(硬親硬，軟親軟，軟硬交界就不管)，Ti4+ 是硬酸，Cl一是硬堿，Br一是交界堿，I一是軟堿，因而在熱力學上，I一的親核取代反應很難發生[41]。其次，Ti(IV)通常采用的是d2sp3雜化，在酸性水溶液中容易形成內軌六配位化合物[Ti(OH)x(H2O) 6-x ](4-x) +[42]，并且存在空的低能級d軌道，允許接受進入的第7個配體。因此，在發生配位體的親核取代反應時，通常以SN2反應歷程為主，這樣配位體的親核性強弱對反應速率影響比較大。比較Cl一、Br一、I一三者在水溶液中的特征親核常數發現，三者的親核性順序為C1一<Br一<I一，即親核取代反應速率順序為C1一<Br一<I一。這樣，由于反應速率較慢，在水熱條件下Cl一很難作為第7個配位體形成配位中間體，以及進一步完成取代反應。由于Br一的親核性較強，反應速率較快，能夠形成Br一作為配位體之一的配位化合物。作為良好的親核試劑，Br一在親核取代反應中又是一個良好的離去基團，能夠繼續與水熱過程產生的R3N基團進行親核取代反應，最終實現N 的摻雜[41]。整個摻雜反應過程，Br一起到了催化劑的作用。
對于樣品T5100-B，由于N原子的2p軌道位于O原子的2p軌道之上，從而提高了價帶的能量，使得價帶和導帶間的能量帶隙變窄，可望引起吸收帶紅移，產生明顯的可見光響應[43]。而Br原子將發揮與F原子類似的作用，由于電荷補償作用而產生Ti3+，促進光生電子／空穴對的有效分離，從而增加量子效率，增強光催化活性[34]。
3.3 催化劑樣品的光學性能
樣品T5100-C、T5100-B、T5100-I、T5100-X 及P25的UV-Vis漫反射吸收光譜見圖4，考察光催化劑對光譜響應情況。如XPS分析結果所預測的，樣品T5100-B在400～550nm 之間具有明顯的可見光響應。樣品T5100-C、T5100-1、T5100-X 和P25 在400nm 以上沒有明顯的可見光響應。不過所有樣品的吸收邊都在380～400nm 附近，即各樣品的直接光學帶隙都為3.1～3.2eV，由TiO2本身特性決定。
圖4 樣品T5100-C、T5100-B、T5100-1、T5100-X及P25的UV—Vis漫反射吸收光譜
4 催化劑可見光光催化性能
樣品T5100-C、T5100-B、T5100-1、T5100-X 及P25的可見光光催化性能通過可見光照射催化降解亞甲基藍(MB)評價，為保證光催化性能評價的可靠性，對催化劑進行無光照的空白實驗。
光源選用鹵化物燈(250W，Philips公司生產)，置于柱狀套管中，套管內使用循環水，保持溶液溫度恒定，將套管放入耐熱玻璃容器中，使用濾波器過濾掉低于420nm的紫外光，從而確保反應體系只有可見光照射；將250mg催化劑樣品加到250mi 濃度為50mg／L的MB水溶液中，在暗光條件下攪拌30min以達到MB的吸附平衡，此時MB的濃度即為光催化反應的初始濃度；之后開始進行可見光照射降解實驗，每隔2h取樣4mL，離心后過濾除去催化劑，MB的濃度用UV-Vis分光光度計在665nm 處測定：事先做一個MB濃度標準曲線，通過標準曲線讀出不同降解階段的濃度。
圖5為樣品T5100-C、T5100-B、T5100-I、T5100-x及P25的可見光光催化降解MB的濃度／時間關系曲線。
圖5 樣品T5100-C、T5100-B、T5100-1、T5100-X及P25的可見光光催化降解MB的濃度／時間關系曲線
從圖5中可以看出，在可見光輻照下，樣品T5100-C、T5100-I、T5100-X和P25幾乎沒有光催化活性，樣品T5100-B具有良好的光催化活性，l6h MB降解率接近25%。
上述可見光光催化性能考察進行3次重復實驗，所得結果基本一致(相對標準偏差為4.25 %)。暗光空白實驗顯示，在沒有光照的情況下，MB的濃度達到吸附平衡后幾乎不再發生變化，說明樣品T5100-B的光催化實驗體系中MB濃度的明顯降低是由MB的光催化降解引起，光照和可見光響應光催化劑的存在是MB降解反應的必要前提。
5 結論
針對含N共摻雜TiO2光催化劑的制備，從TiO2納米晶溶膠為鈦源出發，分別以十六烷基三甲基氯(溴、碘)化銨為摻雜物質，直接反應制備光催化劑，通過表征和光催化性能考察發現，由于Br-在親核取代反應中的催化作用，得到的光催化劑樣品T5100-B成功地摻入了N 和Br原子，并且具有明顯的可見光響應和良好的光催化性能。
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