可見光響應(yīng)型光催化材料的研究現(xiàn)狀

程誠(chéng)

摘 要：目前對(duì)于環(huán)境污染尤其是水污染問題的關(guān)注得到了全世界的廣泛關(guān)注。而近年來可見光響應(yīng)型光催化材料的研究在某種程度上提供了解決環(huán)境污染的可能。此類研究主要集中在催化劑的選擇、改性以及負(fù)載技術(shù)等方面。為此，該文綜述了目前的研究現(xiàn)狀，并對(duì)今后的研究提出了展望。

關(guān)鍵詞：光催化 高嶺石 半導(dǎo)體

中圖分類號(hào)：O643 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）06（a）-0231-01

環(huán)境污染的有效控制與治理是目前我們國(guó)家甚至是全人類正在面臨和亟待解決的一個(gè)重要問題。近年來研究較多的光催化氧化技術(shù)在未來可以在某種程度上解決日益嚴(yán)重的環(huán)境污染。出于此方面考慮，可見光響應(yīng)型光催化材料的研究得到研究人員廣泛關(guān)注。對(duì)于可見光響應(yīng)型光催化材料的研究主要集中在催化劑的選擇、改性以及負(fù)載技術(shù)等方面。已有大量研究表明，盡管二氧化鈦、氧化鋅、硫化鎘、氧化鉻、三氧化二鐵、三氧化鎢等半導(dǎo)體催化劑都可以作為光催化材料，但是銳鈦型二氧化鈦因催化活性高、性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、抗化學(xué)和光腐蝕等優(yōu)點(diǎn)而成為眾多科研工作者的首選[1，2]。但二氧化鈦在實(shí)際應(yīng)用方面仍存在以下問題，例如吸附性差、光生載流子的復(fù)合率高，禁帶寬度大而導(dǎo)致的太陽(yáng)光的利用率低，使用過程中分離回收困難等因素的影響使這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程受到了非常大的限制。近年來，研究主要集中在降低其禁帶寬度的問題上。已經(jīng)采用了二氧化鈦的摻雜改性、氧化物復(fù)合改性及半導(dǎo)體光催化劑的負(fù)載化來增強(qiáng)二氧化鈦的可見光吸收性能及穩(wěn)定性。

1 二氧化鈦光催化材料摻雜

離子摻雜是通過物理或化學(xué)方法，使離子進(jìn)入到二氧化鈦晶格內(nèi)部或者表面，使其在晶格中引入新的電荷、形成晶格缺陷或者改變晶格類型，從而影響光生電子和空穴、調(diào)整其分布狀態(tài)或者改變二氧化鈦的能帶結(jié)構(gòu)，最終達(dá)到提高二氧化鈦光催化活性的目的。已經(jīng)有大量研究表明，硅、鋁、鐵和碳等都可以作為摻雜劑與二氧化鈦復(fù)合而有效提高二氧化鈦對(duì)太陽(yáng)光的利用效率。下面對(duì)近年來的代表性研究進(jìn)行介紹。

首先，對(duì)二氧化鈦光催化材料摻雜開展的工作進(jìn)行介紹。Li x J等[3]采用溶膠凝膠法合成了鐵/鈰共摻雜的二氧化鈦，通過增加二氧化鈦表面羥基含量提高了其光催化性能。Ao Y Y等[4]合成的碳、氮、硫共摻雜的介孔二氧化鈦光催化材料展現(xiàn)了高的可見光光催化活性。Lv Kangle等[5]制備的鉍、碳和氮共摻雜的二氧化鈦同樣提高了其光吸收能力。

2 光催化材料負(fù)載吸附劑

另外，光催化材料負(fù)載吸附劑改善光催化性能的研究也有很多。例如對(duì)沸石分子篩、活性炭、活性氧化硅膠、天然礦物等吸附劑的負(fù)載技術(shù)研究。近來對(duì)于天然礦物負(fù)載研究有很大進(jìn)展。尤其是高嶺石的層片狀結(jié)構(gòu)使其能夠成為一種很理想的二氧化鈦寄主。因此研究人員將具有光催化活性的半導(dǎo)體負(fù)載在高嶺石上提高光催化效率和降低光催化劑成本。薩嘎拉等[6]合成的鐵摻雜的二氧化鈦/高嶺石負(fù)載型催化劑，對(duì)偶氮砷III具有較高的光催化活性。馬惠言等[7]用四氯化鈦水解法制備出二氧化鈦/高嶺石負(fù)載型復(fù)合光催化劑能夠在可見光條件下對(duì)草酸具有很高的光催化活性。另外，除二氧化鈦外，半導(dǎo)體催化劑氧化鋅負(fù)載高嶺土的研究今年來也迅速發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于摻雜改性的二氧化鈦以及半導(dǎo)體負(fù)載高嶺石的復(fù)合光催化劑的研究已經(jīng)說明此類新型光催化技術(shù)的研制與開發(fā)是可行的。近年來許多性能和功能優(yōu)越的材料模擬計(jì)算軟件的研發(fā)使得采用計(jì)算機(jī)來模擬和預(yù)測(cè)材料的性能成為計(jì)算材料科學(xué)中的前沿?zé)狳c(diǎn)，因此為更快更好地開發(fā)新型高效的光催化劑和光催化技術(shù)實(shí)用化，可以將計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)結(jié)合試驗(yàn)研究為尋找光催化活性超過現(xiàn)有催化體系的新體系提供理論及實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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