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    光催化脫硝材料的研究進(jìn)展

    2022-11-21 12:43:04曹一達(dá)劉成寶錢君超許小靜孟憲榮陳志剛
    機(jī)械工程材料 2022年10期
    關(guān)鍵詞:光生載流子鈣鈦礦

    曹一達(dá),劉成寶,陳 豐,錢君超,許小靜,孟憲榮,陳志剛

    (1.蘇州科技大學(xué),江蘇省環(huán)境功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘇州 215009;2.蘇州科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,蘇州 215009;3.江蘇省陶瓷研究所有限公司,宜興 214221;4.蘇州市環(huán)境科學(xué)研究所,蘇州 215009)

    0 引 言

    氮氧化物(NOx)廣泛來(lái)源于農(nóng)業(yè)活動(dòng)、森林砍伐、工業(yè)生產(chǎn)、能源生產(chǎn)、運(yùn)輸活動(dòng)等,易造成包括酸雨、煙霧、顆粒物的釋放以及溫室效應(yīng)等嚴(yán)重的環(huán)境災(zāi)難[1]。此外,長(zhǎng)時(shí)間接觸NOx可引起肺水腫、神經(jīng)衰弱和呼吸道炎癥等身體疾病。因此,開(kāi)發(fā)NOx脫除(稱為脫硝)技術(shù)來(lái)保護(hù)環(huán)境和人類健康是一項(xiàng)非常重要且緊急的任務(wù)。目前,工業(yè)上采用的脫硝技術(shù)分為干法脫硝技術(shù)和濕法脫硝技術(shù)[2],其中干法脫硝技術(shù)分為選擇性催化還原技術(shù)和選擇性非催化還原技術(shù);濕法脫硝技術(shù)分為酸堿吸收法、氧化吸收法和等離子活化法。其中,濕法脫硝技術(shù)需要一定的(酸性、堿性)溶劑、氧化劑來(lái)吸收NOx,能耗高且廢水和產(chǎn)物較難處理;干法脫硝技術(shù)能將NOx直接還原為N2,減少了廢水處理的成本。選擇性催化還原技術(shù)脫除NOx的效率比選擇性非催化還原技術(shù)脫除NOx的效率高,反應(yīng)溫度低,但是采用這2種傳統(tǒng)技術(shù)脫除NOx所需的溫度仍然偏高。為解決這一問(wèn)題,研究者提出了光催化氧化、光選擇性催化還原[3]等方法。光催化氧化NOx后生成硝酸鹽,使其“固定”為液相;而光選擇性催化還原是將NOx還原為N2和其他無(wú)害氣體。光催化脫除NOx的方法具有許多優(yōu)點(diǎn),例如:在常溫常壓下具有良好的N2選擇性和相當(dāng)高的脫硝效率,成本低;將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能節(jié)約能源;不需要額外的反應(yīng)物,可生產(chǎn)硝酸鹽直接作為肥料原料等[4]。此外,汽車尾氣和化石燃料燃燒是產(chǎn)生NOx的主要來(lái)源[5],光催化技術(shù)是未來(lái)緩解城市和大氣NOx污染的主要方法。為了給相關(guān)研究人員提供參考,作者從光催化氧化、光選擇性催化還原兩方面綜述了光催化材料的類型、脫除機(jī)理和影響脫除效率的因素。

    1 光催化氧化方法用光催化材料

    1.1 TiO2基光催化材料

    TiO2因具有化學(xué)穩(wěn)定性良好、成本低、結(jié)構(gòu)/電子性質(zhì)可靠而在光催化氧化NOx方面應(yīng)用廣泛[6-7]。但是,純TiO2的禁帶寬度較大,僅能吸收占太陽(yáng)光譜5%的紫外光。此外,光催化氧化NOx過(guò)程中生成的部分NO2會(huì)吸附在TiO2表面,堵塞活性位點(diǎn),降低光催化材料的壽命,因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)TiO2的脫硝效率較低。目前,研究者主要通過(guò)調(diào)控其晶體結(jié)構(gòu)和形貌、金屬摻雜和非金屬摻雜來(lái)解決上述問(wèn)題。

    研究發(fā)現(xiàn),晶體結(jié)構(gòu)可影響TiO2對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)程度、活性位點(diǎn)的數(shù)量和光生電子-空穴的傳輸和復(fù)合,從而影響TiO2的脫硝效率[8-9]。TiO2光催化材料主要分為銳鈦礦型和金紅石型2種晶型,銳鈦礦型TiO2在600 ℃下煅燒后可以轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的金紅石型TiO2,銳鈦礦和金紅石同屬四方晶系,但其排列方式、晶胞參數(shù)不同,雖然銳鈦礦型TiO2的禁帶寬度(3.2 eV)比金紅石型TiO2的禁帶寬度(3.0 eV)大[8],但銳鈦礦型TiO2具有更多的氧空位,表現(xiàn)出更高的催化活性。王婧雅[9]研究發(fā)現(xiàn),摻雜釹的TiO2在700 ℃煅燒后,其晶體結(jié)構(gòu)由純TiO2的銳鈦礦型/金紅石型兩相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦型單相結(jié)構(gòu),說(shuō)明元素?fù)诫s可延緩銳鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)向金紅石型晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,使材料保持較高的催化活性。TiO2顆粒易團(tuán)聚,制備后難以分散和回收,為此研究者提出了材料負(fù)載TiO2顆粒的方法。LIU等[10]通過(guò)溶膠-凝膠法制備了多壁碳納米管負(fù)載TiO2(MWCNTs/TiO2)光催化材料,TiO2較小的晶粒尺寸(15 nm)降低了光生電子-空穴的復(fù)合率,同時(shí)MWCNTs可作為電子轉(zhuǎn)移通道促進(jìn)電子快速轉(zhuǎn)移,該材料的光催化脫硝效率達(dá)到46%。KUSIAK-NEJMAN等[11]將銀納米顆粒(AgNPs)/TiO2顆粒均勻地負(fù)載在碳纖維布上后,解決了TiO2顆粒易團(tuán)聚的問(wèn)題,比表面積的增大使得活性點(diǎn)位的增加,脫硝效率達(dá)到95%。目前,有關(guān)TiO2顆粒的形貌調(diào)控的研究主要集中在碳納米管的負(fù)載方面,但碳納米管負(fù)載TiO2顆粒存在無(wú)法回收利用的問(wèn)題,因此尋找合適的載體負(fù)載并回收TiO2是今后研究的方向。

    金屬摻雜主要通過(guò)貴金屬等離子效應(yīng)、增加活性位點(diǎn)數(shù)量和增加可吸收光范圍來(lái)提高光催化性能。目前,TiO2的金屬摻雜主要包括單一金屬摻雜、多金屬摻雜以及金屬氧化物摻雜。單一金屬摻雜TiO2后形成的材料包括AgNPs/TiO2[11]、Ce/CNTs-TiO2[12]、 Au/TiO2[13]、Ag/TiO2-x[14],Sn/TiO2[15]、Nd/ TiO2[9],但這些材料價(jià)格昂貴,無(wú)法大批量應(yīng)用。DUAN等[14]制備了Ag/TiO2-x可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)等離子體光催化材料,發(fā)現(xiàn)銀的等離子效應(yīng)增強(qiáng)了光活性,加強(qiáng)了Ag/TiO2-x界面的電荷分離,脫硝效率達(dá)到45%。MARTINEZ-OVIEDO等[15]采用鋰/乙二胺還原法制備了Sn/TiO2納米粒子,錫的摻雜使得TiO2的光分解反應(yīng)熱力學(xué)穩(wěn)定性能級(jí)在VB和CB之間形成新的能級(jí),可見(jiàn)光吸收率增加,從而提高了光催化脫硝效率。多金屬或金屬氧化物摻雜因具有較高的催化活性、合適的帶隙等優(yōu)點(diǎn)而成為摻雜改性TiO2的重要研究方向,形成的材料主要包括WO3/TiO2[16]、V2O5-MoO3/TiO2[17]、Fe3+/TiO2[18]、Zn2+/TiO2[8]、Cu-Ce/ TiO2[19]。

    TiO2與適當(dāng)?shù)恼麕Х墙饘贀诫s耦合后,可以拓寬其光譜響應(yīng)范圍,增強(qiáng)界面電荷轉(zhuǎn)移,從而提高光催化性能。SONG等[20]用無(wú)溶劑原位合成法制備石墨相氮化碳(γ-C3N4)/ TiO2光催化材料,發(fā)現(xiàn)該材料在紫外光下的脫硝效率達(dá)到95%。陳官茂[19]研究發(fā)現(xiàn),用硼改性TiO2納米管后,其組織晶粒細(xì)小,比表面積增大,在TiO2價(jià)帶中形成新的能級(jí),禁帶寬度減小,光吸收率增大,有利于提高其光催化脫硝效率。JABBARI等[21]用銀納米團(tuán)簇和C-N-S非金屬摻雜TiO2納米顆粒后,發(fā)現(xiàn)TiO2的禁帶寬度減小,對(duì)可見(jiàn)光的吸收范圍提高??芍墙饘贀诫s使TiO2的禁帶寬度變窄,對(duì)可見(jiàn)光的吸收范圍變大,光催化性能提高。與非金屬摻雜TiO2光催化材料相比,金屬摻雜TiO2光催化材料具有成本高、熱穩(wěn)定性差、易受光腐蝕等缺點(diǎn)[4]。

    1.2 碳基光催化材料

    1.2.1 石墨相氮化碳光催化材料

    WANG等[22]首次報(bào)道了γ-C3N4在可見(jiàn)光下可分解水得到氫氣。γ-C3N4不是天然存在的,實(shí)驗(yàn)室合成γ-C3N4的方法包括熱聚合法、溶劑熱法、固相反應(yīng)法等,雖然γ-C3N4光催化材料具有價(jià)格低廉、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn),是可見(jiàn)光區(qū)域響應(yīng)型光催化材料,但其光生空穴和電子的高復(fù)合率限制了γ-C3N4的應(yīng)用[23]。

    學(xué)者從形貌調(diào)控方面對(duì)γ-C3N4光催化材料進(jìn)行了大量改性研究。WU等[24]采用6次煅燒的方法使γ-C3N4的(002)和(100)晶面暴露,比表面積增大,脫硝效率比煅燒前提高了1.74倍。HUANG等[25]報(bào)道了一種基于水熱預(yù)處理煅燒制備高性能γ-C3N4多孔納米片的方法,顯著提高了光生載流子的分離,其脫硝效率比塊狀γ-C3N4(未水熱預(yù)處理直接煅燒)提高了5.5倍??芍蚊舱{(diào)控通過(guò)增大比表面積、增加表面活性位點(diǎn)、減小載流子復(fù)合率來(lái)提高γ-C3N4的光催化效率。

    金屬/金屬氧化物摻雜能有效提高γ-C3N4的光催化性能,對(duì)應(yīng)的材料包括Fe3O4/γ-C3N4[26]、Cu/γ-C3N4[27]、Bi/γ-C3N4[28]、MnOx/γ-C3N4[29]等。LI等[30]通過(guò)原位法合成了石榴狀Bi/γ-C3N4納米復(fù)合材料,鉍的成功配位增強(qiáng)了光生載流子的分離和轉(zhuǎn)移,且經(jīng)多次脫硝試驗(yàn),脫硝效率依然在70%以上。CHEN等[29]通過(guò)室溫沉淀法成功制備了具有一維-二維 MnOx/γ-C3N4納米復(fù)合材料,Mn4+/Mn3+/Mn2+的催化循環(huán)加速了電荷傳輸,質(zhì)量比為1…5的MnOx/γ-C3N4復(fù)合材料在60 ℃下的脫硝效率達(dá)到50%??芍?,金屬/金屬氧化物摻雜γ-C3N4后可提高光生載流子的分離、加速電荷傳輸,從而提高光催化性能。

    研究者對(duì)于非金屬摻雜γ-C3N4復(fù)合材料脫除NOx也進(jìn)行了大量研究,對(duì)應(yīng)的復(fù)合材料包括碳空位誘導(dǎo)γ-C3N4[30]、碳自摻雜γ-C3N4[31]和碳摻雜γ-C3N4納米片[32]。RAN等[31]通過(guò)熱聚合方法開(kāi)發(fā)了碳自摻雜γ-C3N4,發(fā)現(xiàn)其光生電子對(duì)的分離效率提高,促進(jìn)了活性自由基的形成,該材料的脫硝效率達(dá)到57%。LUO等[32]在γ-C3N4引入HCl,氯離子的摻雜使γ-C3N4由n型半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)閜型半導(dǎo)體,p型γ-C3N4可提供更多的光生載流子,光催化活性得到顯著提高。

    1.2.2 石墨烯(GR)光催化材料

    石墨烯(GR)可以作為一種有效的電子受體,增強(qiáng)光生電荷轉(zhuǎn)移,從而提高光催化性能。目前已開(kāi)發(fā)出很多基于GR的光催化材料,例如SnO2-Zn2SnO4/GR[34]、SnO2/GQD(石墨烯量子點(diǎn))[35]、Bi-BiOI/GR[36]、還原氧化石墨烯(rGO)負(fù)載介晶ZnCo2O4[37]和石墨烯負(fù)載介孔ZnS[38]。LI等[34]提出了一種3組分光催化材料SnO2-Zn2SnO4/GR,其中GR轉(zhuǎn)移了Zn2SnO4導(dǎo)帶中的光生電子,抑制了載流子復(fù)合,提高了可見(jiàn)光區(qū)的光反應(yīng)活性,該材料的脫硝效率達(dá)到59.3%。XIE等[35]研究發(fā)現(xiàn),GQD的存在可提高SnO2/GQD復(fù)合材料的可見(jiàn)光響應(yīng)和電荷分離效率,當(dāng)GQD質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí),復(fù)合材料在可見(jiàn)光下的脫硝效率達(dá)到57%。

    雖然碳基光催化材料可在低溫下完成脫硝反應(yīng),但脫硝效率普遍低于60%,生成的硝酸鹽、亞硝酸鹽不僅會(huì)堵塞活性位點(diǎn),降低脫硝效率,而且還會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生較大的危害。因此,在保持可見(jiàn)光激發(fā)的前提下,如何提高脫硝效率并對(duì)生成的硝酸鹽、亞硝酸鹽進(jìn)行處理,是目前應(yīng)用碳基光催化材料過(guò)程中需要解決的問(wèn)題。

    1.3 鉍基光催化材料

    1.3.1 BiVO4光催化材料

    鉍基光催化材料因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì),以及優(yōu)異的光催化氧化活性而得到廣泛研究[39],目前研究的材料主要包括BiVO4、Bi2MO6、Bi2O2CO3等。學(xué)者對(duì)BiVO4脫硝方面的研究較少。OU等[40]通過(guò)在γ-C3N4/BiVO4(040)晶面上沉積銀作為連接金屬,合成了γ-C3N4@Ag/BiVO4三元復(fù)合光催化材料,其中γ-C3N4/BiVO4構(gòu)成的Z型異質(zhì)結(jié)構(gòu)提高了光生電子-空穴對(duì)的分離,銀的等離子共振效應(yīng)增大了可見(jiàn)光吸收范圍,該材料的脫硝效率達(dá)到83%。閆欣[41]通過(guò)水熱法制備負(fù)載型BiVO4/ASC(改性活化半焦)光催化材料,其比表面積達(dá)到268.4 m2·g-1,ASC產(chǎn)生的摻雜能級(jí)降低了BiVO4的禁帶寬度,該材料在160 ℃時(shí)的脫硝效率達(dá)到81%,但隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng),光催化氧化產(chǎn)生的硝酸腐蝕了含氧表面官能團(tuán),脫硝效率下降。

    1.3.2 Bi2MO6光催化材料

    Bi2MO6(M=W,Mo,Cr)作為典型的鉍基半導(dǎo)體材料,因其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)、合適的能帶位置以及較高的光催化活性[42]而引起了研究者的極大關(guān)注。元素?fù)诫s能夠提高Bi2MO6的光催化脫硝性能。DING等[42]通過(guò)軟化學(xué)法使鉍自摻雜Bi2MoO6,發(fā)現(xiàn)鉍的自摻雜可以促進(jìn)該材料光生載流子的分離和運(yùn)輸,從而提高其光催化活性。介孔結(jié)構(gòu)可有效提高Bi2MO6的光催化活性,WAN等[43]采用水熱法合成了具有介孔結(jié)構(gòu)的Bi2WO6光催化材料,發(fā)現(xiàn)介孔結(jié)構(gòu)增大了該材料的比表面積,可顯著提高其脫硝效率和使用壽命。構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)構(gòu)也是提高Bi2MO6光催化活性的主要方法。胡俊蝶[44]制備了具有二維-二維Z型異質(zhì)結(jié)構(gòu)的BP(以范德華作用力堆疊在一起的有褶皺的磷層)/ Bi2WO6納米復(fù)合材料,發(fā)現(xiàn)Z型異質(zhì)結(jié)構(gòu)有效降低了光生載流子的復(fù)合,質(zhì)量分?jǐn)?shù)12% BP/Bi2WO6復(fù)合材料具有較高的脫硝效率(67%),且循環(huán)使用6次后依然保持較高的脫硝效率。楊祥龍[45]制備了含氧空位的 Bi3.64Mo0.36O6.55/Bi2MoO6異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料,發(fā)現(xiàn)氧空位和異質(zhì)結(jié)構(gòu)雙重改性工藝大大提高了該材料的光催化脫硝效率。

    1.3.3 Bi2O2CO3光催化材料

    Bi2O2CO3(BOC)作為一種新興半導(dǎo)體材料,因其在光催化方面的優(yōu)良性能而引起了研究者的關(guān)注,但是BOC僅能吸收紫外光,光生電子-空穴易復(fù)合。為了解決這一問(wèn)題,研究者通過(guò)引入氧空位、構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)構(gòu)、加入光敏劑等方法來(lái)提高BOC的光催化脫硝效率。YU等[46]采用沉淀法在室溫下合成了氧空位濃度可調(diào)的BOC光催化材料,發(fā)現(xiàn)在引入氧空位后,該材料對(duì)可見(jiàn)光可響應(yīng),光催化脫硝效率得到提高。通過(guò)構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)構(gòu)提高BOC光催化性能方法而制備的材料包括Bi2O2CO3/ MoS2[47]、BOC-BiO2-x-GR納米片[48]等。JIA等[48]研究發(fā)現(xiàn),BOC-3.5%BiO2-x-GR光催化材料中BOC和BiO2-x之間構(gòu)成Z型異質(zhì)結(jié)構(gòu),可降低光生載流子的復(fù)合,同時(shí)GR的加入提高了材料的比表面積,其較高的電導(dǎo)率促進(jìn)了電子的遷移,材料的脫硝效率達(dá)到61%。YANG等[49]在Bi2O2CO3中加入Na2S后所生成的非晶態(tài)Bi2S3不僅拓寬了材料的可見(jiàn)光響應(yīng)范圍,而且提高了其光氧化脫硝活性,這種加入Bi2S3光敏劑提高光催化脫硝性能的方法為研究者提供了設(shè)計(jì)新型光催化材料新思路。

    2 光選擇性催化還原方法用光催化材料

    相比于選擇性非催化還原較高的反應(yīng)溫度(7501 100 ℃)[50],光選擇性催化還原方法脫除NOx的反應(yīng)溫度較低,在250~450 ℃范圍。以CeO2/GR[51-53]為例對(duì)光選擇性催化還原方法脫除NOx的機(jī)理進(jìn)行描述:第1步,通入的NH3吸附在CeO2的Lewis酸性位點(diǎn)上,其中一個(gè)氫原子與CeO2的晶格氧鍵合;第2步,在可見(jiàn)光照射下,吸附態(tài)NH3中氮原子的一個(gè)電子轉(zhuǎn)移到Ce4+,形成Ce3+,光生空穴被吸附態(tài)NH3占據(jù),形成NH2*自由基;第3步,NH2*自由基和NO反應(yīng)生成中間態(tài)NH2NO(亞硝胺);第4步,NH2NO分解為N2和H2O,從Ce3+上脫離;第5步,Ce3+和O2反應(yīng)還原為Ce4+,如此循環(huán)[54]。

    鈣鈦礦型光催化材料由于具有較好的光響應(yīng)能力和高量子效率受到研究者的普遍關(guān)注。鈣鈦礦(ABX3,其中A,B為正離子, X為負(fù)離子)的晶體結(jié)構(gòu)由相互連接的BX6八面體組成[54]。雖然在1839年就發(fā)現(xiàn)了鈣鈦礦,但是有關(guān)其光催化脫硝方面的研究在近幾年才剛剛興起。由于鈣鈦礦具有禁帶寬度窄,A,B可替代性靈活等優(yōu)點(diǎn),而成為降解污染物的新型光催化材料。KANHERE等[55]合成了不同B位的稀土鈣鈦礦,發(fā)現(xiàn)低溫下單一的鈣鈦礦顆粒非常容易聚集而形成很大的顆粒。為了解決上述問(wèn)題,研究者探索了各種固定化半導(dǎo)體的載體。由水合硅酸鹽鎂鋁組成的黏土礦物凹凸棒石(Pal)因具有高比表面積和豐富活性中心,而成為鈣鈦礦的理想載體。LI等[56-60]在構(gòu)建ABO3/凹凸棒土(ATP)復(fù)合光催化材料方面進(jìn)行了深入的研究,通過(guò)溶膠-凝膠方法制備出LaFe1-xMnxO3/ATP、LaCoO3/ATP/rGO、氮摻雜碳量子點(diǎn)(N-CQDs)/PrFeO3/Pal、LaFe1-xNixO3/Pal、Pr1-xCexFeO3/CeO2/Pal、CeVO4/磷酸改性凹凸棒石(P-ATP)光催化材料。

    LaCoO3/ATP/rGO光催化材料通過(guò)靜電自組裝方法將鈣鈦礦氧化物與rGO偶聯(lián),在可見(jiàn)光的照射下,LaCoO3產(chǎn)生的光生電子通過(guò)rGO與ATP的光生空穴復(fù)合,有效降低了LaCoO3光生電子與空穴的復(fù)合率,在室溫下的脫硝效率達(dá)到95%[57]。為了減少鈣鈦礦中載流子的復(fù)合,LI等[56]構(gòu)筑了LaFe1-xMnxO3/LaMnO3Ⅱ型異質(zhì)結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)LaFe0.4Mn0.6O3/ LaMnO3/ATP具有最好的光催化性能,其在80 ℃以上的脫硝效率達(dá)到85%。PrxCexFeO3/CeO2/Pal納米復(fù)合材料具有Z型異質(zhì)結(jié)構(gòu),減少了光生電子與空穴的復(fù)合率,其在室溫下的脫硝效率達(dá)到92%,同時(shí)在含SO2和H2O的復(fù)雜工業(yè)煙氣中的脫硝效率依然保持在80%以上[60]。采用Pal負(fù)載光催化材料后,材料的比表面積增大,同時(shí)Pal可作為電子傳輸通道降低光生載流子的復(fù)合率,極大地提高了材料的光催化性能。

    3 結(jié)束語(yǔ)

    目前,提高光催化材料的性能主要通過(guò)以下幾個(gè)方法來(lái)實(shí)現(xiàn):(1) 增加催化材料比表面積來(lái)增加活性位點(diǎn);(2) 調(diào)節(jié)價(jià)帶、導(dǎo)帶位置來(lái)提高可見(jiàn)光利用率和有效電荷產(chǎn)生的數(shù)量;(3) 通過(guò)構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)構(gòu)、摻雜金屬或非金屬來(lái)降低光生電子和空穴的復(fù)合率。雖然已有光催化脫硝材料類型多樣,但實(shí)際應(yīng)用方面依然有許多問(wèn)題需要解決。光催化材料的脫硝效率除了與晶體結(jié)構(gòu)、形貌、摻雜、異質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)外,還取決于反應(yīng)條件,如溫度和煙氣成分等。隨著溫度的升高,光催化脫硝效率提高,但是煙氣中SO2和H2O對(duì)脫硝效率的影響規(guī)律尚不明確。通過(guò)原位光譜技術(shù)闡明光催化反應(yīng)機(jī)理、表面反應(yīng)途徑、電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)中間體,以及各種中間體形成的理論研究,是開(kāi)發(fā)性能較強(qiáng)的新型光催化材料的重要途徑。今后研究的方向主要集中在:如何利用電子結(jié)構(gòu)層次對(duì)光催化材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)控,如電子云調(diào)控、電子軌道調(diào)控以及搭接其他化學(xué)鍵的調(diào)控等;深入研究異質(zhì)結(jié)構(gòu)在光催化反應(yīng)中的作用,構(gòu)建多相間異質(zhì)結(jié)構(gòu),如Z-Ⅱ異質(zhì)結(jié)構(gòu)以提高可見(jiàn)光吸收率和光生載流子數(shù)量;在明確其他污染物對(duì)光催化材料影響機(jī)理的前提下,提高材料耐受性,實(shí)現(xiàn)一種光催化材料同時(shí)降解包括NOx在內(nèi)的多種污染物。

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