由表1可以看到，样品T5100-C和样品T5100-I中Cl、N、I元素的含量低于检测限或不存在，而样品T5100-B成功地掺入了含量较高的N原子和微量的Br原子。结合C1、Br、I和Ti的化学性质，可能的原因如下：首先，根据软硬酸碱规则(硬亲硬，软亲软，软硬交界就不管)，Ti4+ 是硬酸，Cl一是硬碱，Br一是交界碱，I一是软碱，因而在热力学上，I一的亲核取代反应很难发生[41]。其次，Ti(IV)通常采用的是d2sp3杂化，在酸性水溶液中容易形成内轨六配位化合物[Ti(OH)x(H2O) 6-x ](4-x) +[42]，并且存在空的低能级d轨道，允许接受进入的第7个配体。因此，在发生配位体的亲核取代反应时，通常以SN2反应历程为主，这样配位体的亲核性强弱对反应速率影响比较大。比较Cl一、Br一、I一三者在水溶液中的特征亲核常数发现，三者的亲核性顺序为C1一<Br一<I一，即亲核取代反应速率顺序为C1一<Br一<I一。这样，由于反应速率较慢，在水热条件下Cl一很难作为第7个配位体形成配位中间体，以及进一步完成取代反应。由于Br一的亲核性较强，反应速率较快，能够形成Br一作为配位体之一的配位化合物。作为良好的亲核试剂，Br一在亲核取代反应中又是一个良好的离去基团，能够继续与水热过程产生的R3N基团进行亲核取代反应，最终实现N 的掺杂[41]。整个掺杂反应过程，Br一起到了催化剂的作用。
对于样品T5100-B，由于N原子的2p轨道位于O原子的2p轨道之上，从而提高了价带的能量，使得价带和导带间的能量带隙变窄，可望引起吸收带红移，产生明显的可见光响应[43]。而Br原子将发挥与F原子类似的作用，由于电荷补偿作用而产生Ti3+，促进光生电子／空穴对的有效分离，从而增加量子效率，增强光催化活性[34]。
3.3 催化剂样品的光学性能
样品T5100-C、T5100-B、T5100-I、T5100-X 及P25的UV-Vis漫反射吸收光谱见图4，考察光催化剂对光谱响应情况。如XPS分析结果所预测的，样品T5100-B在400～550nm 之间具有明显的可见光响应。样品T5100-C、T5100-1、T5100-X 和P25 在400nm 以上没有明显的可见光响应。不过所有样品的吸收边都在380～400nm 附近，即各样品的直接光学带隙都为3.1～3.2eV，由TiO2本身特性决定。
图4 样品T5100-C、T5100-B、T5100-1、T5100-X及P25的UV—Vis漫反射吸收光谱
4 催化剂可见光光催化性能
样品T5100-C、T5100-B、T5100-1、T5100-X 及P25的可见光光催化性能通过可见光照射催化降解亚甲基蓝(MB)评价，为保证光催化性能评价的可靠性，对催化剂进行无光照的空白实验。
光源选用卤化物灯(250W，Philips公司生产)，置于柱状套管中，套管内使用循环水，保持溶液温度恒定，将套管放入耐热玻璃容器中，使用滤波器过滤掉低于420nm的紫外光，从而确保反应体系只有可见光照射；将250mg催化剂样品加到250mi 浓度为50mg／L的MB水溶液中，在暗光条件下搅拌30min以达到MB的吸附平衡，此时MB的浓度即为光催化反应的初始浓度；之后开始进行可见光照射降解实验，每隔2h取样4mL，离心后过滤除去催化剂，MB的浓度用UV-Vis分光光度计在665nm 处测定：事先做一个MB浓度标准曲线，通过标准曲线读出不同降解阶段的浓度。
图5为样品T5100-C、T5100-B、T5100-I、T5100-x及P25的可见光光催化降解MB的浓度／时间关系曲线。
图5 样品T5100-C、T5100-B、T5100-1、T5100-X及P25的可见光光催化降解MB的浓度／时间关系曲线
从图5中可以看出，在可见光辐照下，样品T5100-C、T5100-I、T5100-X和P25几乎没有光催化活性，样品T5100-B具有良好的光催化活性，l6h MB降解率接近25%。
上述可见光光催化性能考察进行3次重复实验，所得结果基本一致(相对标准偏差为4.25 %)。暗光空白实验显示，在没有光照的情况下，MB的浓度达到吸附平衡后几乎不再发生变化，说明样品T5100-B的光催化实验体系中MB浓度的明显降低是由MB的光催化降解引起，光照和可见光响应光催化剂的存在是MB降解反应的必要前提。
5 结论
针对含N共掺杂TiO2光催化剂的制备，从TiO2纳米晶溶胶为钛源出发，分别以十六烷基三甲基氯(溴、碘)化铵为掺杂物质，直接反应制备光催化剂，通过表征和光催化性能考察发现，由于Br-在亲核取代反应中的催化作用，得到的光催化剂样品T5100-B成功地掺入了N 和Br原子，并且具有明显的可见光响应和良好的光催化性能。
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