基于CiteSpace的超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)及前沿的可視化分析

戴 競(jìng)，吳春篤,2，阿 瓊，陳詩(shī)龍，解清杰

(1.江蘇大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000； 2.揚(yáng)州職業(yè)大學(xué),江蘇 揚(yáng)州 225000； 3.西藏自治區(qū)環(huán)境科學(xué)研究所，西藏 拉薩 850000)

光催化技術(shù)中，使用光催化劑去除環(huán)境中的有機(jī)污染物得到了廣泛關(guān)注.其具有氧化性能好，不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn).然而，現(xiàn)階段的研究成果表明，催化劑降解污染物的過(guò)程中由光誘導(dǎo)在催化劑表面所產(chǎn)生的e-和h+極易復(fù)合，使得溶液中強(qiáng)氧化劑·OH等自由基濃度降低，繼而降低了整個(gè)光催化反應(yīng)的催化活性[1-2].

為了提高催化劑的催化活性，外加聲場(chǎng)被引入到光催化體系中.超聲強(qiáng)化光催化處理技術(shù)主要有兩種手段： 其一，在光催化劑的制備過(guò)程中引入超聲.該方法利用超聲的空化效應(yīng)形成的強(qiáng)烈微射流有效促使了固體新相的產(chǎn)生，減小了產(chǎn)物的粒徑并且提高了產(chǎn)物的分散度，進(jìn)而增加了催化劑的比表面積，提高了其光催化活性[3]；其二，在光催化劑降解污染物的過(guò)程中引入超聲.超聲的空化作用形成的空化泡在破裂過(guò)程中導(dǎo)致水體局部產(chǎn)生高溫高壓現(xiàn)象，這種高溫高壓現(xiàn)象使水體中的氧分子及水分子裂解成·OH、·H等自由基提高了水體中自由基的濃度，并且超聲波的機(jī)械效應(yīng)也具有解聚和分散光催化劑，提高傳質(zhì)速率的作用[4-5].

近年來(lái)，隨著人們對(duì)于光催化技術(shù)的深入研究，越來(lái)越多的科研工作者將超聲化學(xué)引入到光催化技術(shù)中，該領(lǐng)域的論文發(fā)表數(shù)量也顯著增加.快速增加的論文數(shù)量使得人們難以對(duì)超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域中的應(yīng)用有一個(gè)全面的把握.本文旨在使用科技文本挖掘及可視化工具分析超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的主要研究力量、研究基礎(chǔ)、研究熱點(diǎn)及前沿.

1 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文的數(shù)據(jù)來(lái)源分為兩個(gè)部分.其一是基于Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)核心集中的SCI-E，時(shí)間跨度為2000—2017，以((photocataly*)AND(ultrasound* OR ultrasonic* OR supersonic* OR sonochemi* OR sono-chemi* OR sonocataly* OR sonoly*))OR(sonophotocataly*)為主題詞進(jìn)行topic檢索，并且選擇文獻(xiàn)類型為"Article".總共檢索到關(guān)于超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域應(yīng)用的文獻(xiàn)2219篇，檢索日期為2017年12月18日.每篇文獻(xiàn)所下載的題錄包括作者、標(biāo)題、來(lái)源出版物以及所引用的參考文獻(xiàn)等.所下載的文獻(xiàn)被稱為施引文獻(xiàn)(citing article)，代表了研究的前沿.而這些施引文獻(xiàn)的參考文獻(xiàn)被稱為被引文獻(xiàn)(cited article)，代表了研究的基礎(chǔ)[6-7].

其二是基于CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)，時(shí)間跨度為2000—2017，以“超聲”以及“光催化”作為主題詞進(jìn)行主題檢索.檢索到的文獻(xiàn)類型有期刊、會(huì)議論文、碩士論文、博士論文，在手動(dòng)剔除獲獎(jiǎng)?wù)故尽?huì)議通知等檢索項(xiàng)后，總共檢索到關(guān)于超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域應(yīng)用的中文文獻(xiàn)1079篇，檢索日期為2018年1月10日.每篇文獻(xiàn)所下載的題錄包括作者、標(biāo)題、來(lái)源出版物等但不包括參考文獻(xiàn).

1.2 研究方法

本文采用科學(xué)計(jì)量的方法，通過(guò)繪制相應(yīng)的科學(xué)知識(shí)圖譜來(lái)展現(xiàn)超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的有關(guān)信息.CiteSpace是由陳超美教授基于Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的信息可視化軟件，通過(guò)分析由CiteSpace所導(dǎo)出的文獻(xiàn)共被引圖譜、關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜等對(duì)該領(lǐng)域在一定時(shí)間內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)以及前沿領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)有一個(gè)科學(xué)的展示.

2 超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的論文分布情況

從Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域發(fā)文分布情況可以看出，在2000年到2017年間，論文的發(fā)表數(shù)量基本上呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)(如圖1所示).其中2000—2008年間每年論文發(fā)表數(shù)量增長(zhǎng)趨勢(shì)較緩，2009年至今每年論文發(fā)表數(shù)量漲幅明顯增加，這一現(xiàn)象說(shuō)明了近年來(lái)超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用得到了越來(lái)越多科研工作者的關(guān)注，在這方面所取得的成果也越來(lái)越多.而CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的文獻(xiàn)數(shù)量自2008年以來(lái)雖然也有所增長(zhǎng)，但漲幅較小且近些年來(lái)波動(dòng)明顯，這一現(xiàn)象說(shuō)明我國(guó)在該領(lǐng)域的投入力度仍有待加強(qiáng).

圖1 2000—2017年間發(fā)文數(shù)量的分布情況Fig.1 The temporal distribution of papers from 2000—2017

從Web of Science所導(dǎo)出的國(guó)家/地區(qū)發(fā)文數(shù)量中可以看出，2000—2017年間我國(guó)在超聲化學(xué)應(yīng)用于光催化領(lǐng)域做出了大量的貢獻(xiàn)，發(fā)表有關(guān)SCI文章816篇，占總發(fā)文數(shù)量的36.8%；伊朗以330篇的發(fā)文量位居第二.可見(jiàn)中伊兩國(guó)是從事該領(lǐng)域研究的主要國(guó)家，而印度(256)、韓國(guó)(197)、美國(guó)(137)、日本(100)的發(fā)文數(shù)量分列2～6位.

從Web of Science所導(dǎo)出的機(jī)構(gòu)發(fā)文數(shù)量中可以看出，發(fā)文數(shù)量最多的機(jī)構(gòu)是伊朗的伊斯蘭阿扎德大學(xué)(Islamic Azad University)，其發(fā)表和該領(lǐng)域相關(guān)的論文數(shù)量達(dá)到95篇，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因主要是該校的學(xué)生數(shù)量與校區(qū)數(shù)量分別達(dá)到150萬(wàn)及100余個(gè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他科研機(jī)構(gòu)；中國(guó)科學(xué)院發(fā)文68篇，居第二.另外，論文發(fā)表量排名3～10位的機(jī)構(gòu)依次為： 遼寧大學(xué)(55篇)、印度理工學(xué)院(40篇)、香港中文大學(xué)(38篇)、韓國(guó)韓瑞大學(xué)(37篇)、伊朗卡尚大學(xué)(32篇)、墨爾本大學(xué)(32篇)、University of Mohaghegh Ardebili(伊朗、29篇)、伊朗大不里士大學(xué)(28篇).機(jī)構(gòu)發(fā)文量的分布與國(guó)家發(fā)文量的分布相吻合，這進(jìn)一步說(shuō)明世界各國(guó)均在超聲化學(xué)應(yīng)用于光催化領(lǐng)域投入了一定的人力物力，而阿扎德大學(xué)及中國(guó)科學(xué)院是從事該領(lǐng)域研究的主要科研機(jī)構(gòu).而CNKI所導(dǎo)出的機(jī)構(gòu)發(fā)文數(shù)量顯示論文發(fā)表數(shù)量排名前5位的國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)分別為哈爾濱工業(yè)大學(xué)(23)、浙江大學(xué)(22)、江蘇大學(xué)(21)、武漢理工大學(xué)(20)以及天津大學(xué)(20).

3 超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)

研究基礎(chǔ)能夠幫助研究人員更好地了解所研究領(lǐng)域的早期發(fā)展?fàn)顩r以及具有較大影響力的相關(guān)文獻(xiàn).因此，超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)可以分為兩類： 其一是研究初期的奠定性文獻(xiàn)；其二是高被引文獻(xiàn)以及高度中介中心性文獻(xiàn)[8].

3.1 研究初期的奠定性文獻(xiàn)分析(WoS)

使用CiteSpace V對(duì)超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域所發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行早期奠定性文獻(xiàn)的時(shí)間柱圖分析.選擇Year per slice為1，網(wǎng)絡(luò)類型為Cited Reference，設(shè)置前中后3個(gè)時(shí)間段的參數(shù)值為(7，7，30)，節(jié)點(diǎn)類型為引文年輪，共被引網(wǎng)絡(luò)并沒(méi)有進(jìn)行任何的裁剪.運(yùn)行得到可視化圖譜(圖2)，其中包含節(jié)點(diǎn)118個(gè)，連線190條.

圖2 超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的參考文獻(xiàn)的時(shí)間柱圖(2000—2017)Fig.2 The timezone network of the references of sonochemistry used in photocatalysis(2000—2017)

以下5篇文獻(xiàn)對(duì)超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用具有顯著的奠基性作用： (1) Asahi R等人于2001年在《Science》上發(fā)表的“Visible-light photocatalysis in nitrogen-doped titanium oxides”一文，該文證明N摻雜到TiO2的取代位置能夠有效減小催化劑的禁帶寬度并提高其光催化活性，并對(duì)其中的機(jī)理進(jìn)行了探討.(2) Adewuyi Y G等人于2001年在《Ind Eng Chem Res》中發(fā)表的“Sonochemistry： environmental science and engineering applications”一文，該文結(jié)合了現(xiàn)有的化學(xué)知識(shí)對(duì)環(huán)境聲化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)路徑及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析，并對(duì)未來(lái)大規(guī)模的應(yīng)用進(jìn)行了全面的評(píng)估.(3) Selli E于2002年在《Phys Chem Chem Phys》中發(fā)表的“Synergistic effects of sonolysis combined with photocatalysis in the degradation of an azo dye”一文，作者發(fā)現(xiàn)外加頻率較低的超聲場(chǎng)時(shí)(20kHz)，光催化降解與超聲降解表現(xiàn)出良好的協(xié)同效應(yīng)，并對(duì)這種協(xié)同效應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行了分析.(4) Peller J于2003年在《Environ Sci Tech Let》中發(fā)表的“Synergy of combining sonolysis and photocatalysis in the degradation and mineralization of chlorinated aromatic compounds”一文，作者發(fā)現(xiàn)高頻率的超聲降解和光催化降解耦合展現(xiàn)出對(duì)有機(jī)污染物質(zhì)更快、更完全的礦化作用.(5) Mrowetz M于2003年在《Ultrason Sonochem》中發(fā)表的“Degradation of organic water pollutants through sonophotocatalysis in the presence of TiO2”一文，該文系統(tǒng)地研究了初始底物濃度和光催化劑用量對(duì)降解效果和礦化率的影響，以確定超聲降解與光催化降解之間協(xié)同效應(yīng)的根源.

3.2 高被引、高中介中心性文獻(xiàn)分析(WoS)

選擇Year per slice為1，網(wǎng)絡(luò)類型為Cited Reference，設(shè)置每個(gè)時(shí)間切片內(nèi)所提取的對(duì)象數(shù)量為50，節(jié)點(diǎn)類型為引文年輪，不對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行任何裁剪，運(yùn)行得到可視化圖譜圖3.對(duì)圖3中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行中介中心性的檢測(cè)，一共得到節(jié)點(diǎn)770個(gè)，連線2308條.圖中節(jié)點(diǎn)大小表示被引頻次的高低，節(jié)點(diǎn)外圍的紫色圓環(huán)表示該節(jié)點(diǎn)具有一定的中介中心性[9-10].

將圖3中所有文獻(xiàn)的中心度與其被引頻次相乘，排序后得到對(duì)超聲化學(xué)應(yīng)用于光催化領(lǐng)域具有重大影響力的文獻(xiàn)，如表1所示.

圖3 超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的參考文獻(xiàn)的共被引網(wǎng)絡(luò)(2000—2017)Fig.3 The co-cited network of the references of sonochemistry used in photocatalysis(2000—2017)

表1 對(duì)超聲化學(xué)應(yīng)用于光催化領(lǐng)域具有重大影響力的文獻(xiàn)(WoS)

Berberidou C等發(fā)表的“Sonolytic, photocatalytic and sonophotocatalytic degradation of malachite green in aqueous solutions”一文研究了單獨(dú)的超聲輻照以及超聲輻照分別與非均相光催化(TiO2)、均相光催化(光-芬頓)相結(jié)合對(duì)水中孔雀石綠的降解效果.重點(diǎn)研究外部條件對(duì)孔雀石綠轉(zhuǎn)化率及礦化速率的影響并分析了反應(yīng)的副產(chǎn)物.研究發(fā)現(xiàn)，在氬氣條件下的聲解速率比在空氣、氧氣、或者氦氣下快得多.且TiO2聲光催化降解總是比單一的催化降解過(guò)程要快，造成這種現(xiàn)象的主要原因是超聲提高了溶液中活性自由基的含量及催化劑的比表面積.此外，反應(yīng)的礦化速率慢于孔雀石綠的分解速率，作者由此推測(cè)反應(yīng)形成了穩(wěn)定的副產(chǎn)物，繼而使用GC/MS分析了中間體的成分并提出了一個(gè)基于它們的反應(yīng)途徑.

Shimizu N等發(fā)表的“Sonocatalytic degradation of methylene blue with TiO2pellets in water”一文通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)研究了水中TiO2在超聲輻照下對(duì)于亞甲基藍(lán)的降解.Al2O3顆粒對(duì)超聲輻照降解亞甲基藍(lán)幾乎沒(méi)有影響，但TiO2存在時(shí)亞甲基藍(lán)顯著降解，加入H2O2加速了含TiO2體系中染料的降解速率.此外，在反應(yīng)體系中加入自由基清除劑有效的降低了反應(yīng)的效率，說(shuō)明·OH在亞甲基藍(lán)的降解機(jī)理中扮演重要角色.最后，該文還考察了溶液的pH值對(duì)于降解率的影響.

Anju S G等發(fā)表的“Zinc oxide mediated sonophotocatalytic degradation of phenol in water”一文研究了ZnO在超聲、光催化以及超聲光催化條件下對(duì)于水中苯酚的降解效果，并考察了外部因素對(duì)于降解效果的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著底物濃度的不同，反應(yīng)所遵循的動(dòng)力學(xué)是不同的，且陰離子如Cl-和(SO4)2-具有抑制降解的作用.酸性pH(4～5.5)下有利于苯酚的降解，而極端酸性環(huán)境下對(duì)降解效率也產(chǎn)生了抑制作用，作者將該現(xiàn)象歸因于酸性溶液對(duì)于催化劑的腐蝕.最后，該文還發(fā)現(xiàn)與光催化降解相比，催化劑顆粒的尺寸對(duì)超聲催化降解和超聲光催化降解的影響較小，并提出了可能的原因.

Abdullah A Z等發(fā)表的“Heat treatment effects on the characteristics and sonocatalytic performance of TiO2in the degradation of organic dyes in aqueous solution”一文研究了不同的熱處理溫度對(duì)TiO2的催化活性的影響，其中，具有少量金紅石相的TiO2表現(xiàn)出較好的催化活性，當(dāng)TiO2加熱到800℃并熱處理2h時(shí)在超聲降解中的催化活性最佳.作者繼而研究了聲催化對(duì)相同初始濃度有機(jī)污染物質(zhì)的處理效果，剛果紅表現(xiàn)出最高的降解效率，這主要?dú)w因于其多個(gè)不穩(wěn)定的偶氮鍵與自由基的反應(yīng).最后確定了超聲催化過(guò)程中的反應(yīng)速率常數(shù)并且對(duì)催化劑做了重復(fù)使用實(shí)驗(yàn).

Sivakumar M等發(fā)表的“Ultrasound enhanced degradation of Rhodamine B： optimization with power density”一文研究使用不同的超聲波設(shè)備以改變功率參數(shù)(功率強(qiáng)度、功率密度)使得對(duì)于羅丹明B的降解效率達(dá)到最佳值.從研究中觀察到，隨著超聲設(shè)備功率參數(shù)的增加，羅丹明B的降解率不會(huì)永遠(yuǎn)增加，而是達(dá)到一個(gè)最佳值后隨著功率參數(shù)的繼續(xù)增加，降解率會(huì)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì).并且不同的超聲設(shè)備的最適條件是不同的，作者認(rèn)為所產(chǎn)生的聲場(chǎng)類型的差異可能是造成不同超聲設(shè)備觀察到的不同功率最佳值的原因.最后，作者通過(guò)不同的超聲設(shè)備對(duì)羅丹明B降解效果的研究確定了區(qū)域特定參數(shù)(強(qiáng)度)與體積特定參數(shù)(密度)之間的關(guān)系.

Ragaini V等發(fā)表的“Sono-photocatalytic degradation of 2-chlorophenol in water： kinetic and energetic comparison with other techniques”一文研究了不同的反應(yīng)體積、不同的催化劑類型以及通入氣體的種類對(duì)超聲光催化降解2-氯酚的影響.研究發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)反應(yīng)體積大于300mL時(shí)，紫外光催化降解(7.5W)和超聲降解(20kHz)兩者之間才存在協(xié)同效應(yīng).且在4種類型的TiO2樣品中，P25(80%銳鈦礦，20%金紅石)被認(rèn)為是最有效的催化劑.當(dāng)往系統(tǒng)中鼓入Ar-(O2/O3)(O2/O3占總體積的50%，VO3∶VO2=1.5∶100)時(shí)，其他條件不變，對(duì)于二氯酚的降解效率達(dá)到90%以上.最后，作者通過(guò)比較不同的降解技術(shù)的能源消耗情況與降解效果，展望了其工業(yè)化應(yīng)用的前景.

通過(guò)分析超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的知識(shí)基礎(chǔ)，從研究初期的奠定性文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，Asahi R和Adewuyi Y G等科研工作者所取得的成果開(kāi)啟了該領(lǐng)域研究的先河.早期的奠定性文獻(xiàn)包括一篇光催化領(lǐng)域的經(jīng)典文獻(xiàn).其余4篇文獻(xiàn)，其中兩篇對(duì)超聲化學(xué)應(yīng)用于光催化反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究，為后續(xù)相關(guān)領(lǐng)域的研究做出了鋪墊.另外兩篇文獻(xiàn)是Peller J和Mrowetz M等作者考察反應(yīng)的影響因素如超聲波的頻率、初始底物濃度以及光催化劑用量等對(duì)降解率、礦化率的影響，為今后超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的研究指明了方向.而對(duì)高被引及高度中介中心性文獻(xiàn)分析，后續(xù)研究人員在上述研究的基礎(chǔ)上考察了外部因素對(duì)于超聲光催化降解效率或超聲降解效率的影響(通入氣體種類、pH值、催化劑種類、催化劑處理溫度、聲場(chǎng)類型)、污染物質(zhì)降解所產(chǎn)生的副產(chǎn)物的類型、超聲場(chǎng)的存在對(duì)催化劑的影響等，為超聲化學(xué)應(yīng)用于光催化領(lǐng)域的研究做出了巨大的貢獻(xiàn).

3.3 研究初期的奠定性文獻(xiàn)分析(CNKI)

由于從CNKI中所下載的文獻(xiàn)題錄并不包括參考文獻(xiàn)，所以不能使用CiteSpace導(dǎo)出中文文獻(xiàn)的共被引網(wǎng)絡(luò)圖譜或時(shí)間柱圖，只能借助CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)本身分析研究初期的奠定性文獻(xiàn).本文將發(fā)表年限在2000到2002年間，被引頻次超過(guò)40次的文獻(xiàn)定義為CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中研究初期的奠定性文獻(xiàn).

以下3篇中文文獻(xiàn)對(duì)超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用具有顯著的奠基性作用： (1) 安太成等人于2001年在《中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》中發(fā)表的《超聲協(xié)同納米TiO2光催化降解活性染料的初步研究》一文，該研究發(fā)現(xiàn)在超聲及紫外光(500W)同時(shí)存在的情況下，以1g納米TiO2為光催化劑對(duì)于700mL濃度為5×10-4mol/L活性艷橙水溶液在150min的輻照下降解率達(dá)到100%.(2) 李春喜等人于2002年在《環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備》中發(fā)表的《超聲波—光催化聯(lián)合降解苯酚廢水研究》，研究顯示1.06mmol/L的苯酚廢水在40kHz，0.4W/cm2的超聲輻照下幾乎沒(méi)有降解，而該頻率的超聲輻照對(duì)于光催化降解也只有輕微的促進(jìn)作用.(3) 國(guó)偉林等人于2002年在《中國(guó)粉體技術(shù)》中發(fā)表的《超聲化學(xué)法制備納米二氧化鈦》一文，研究發(fā)現(xiàn)由于超聲波的空化效應(yīng)可以在凝膠中形成所謂的“熱點(diǎn)”，這些“熱點(diǎn)”進(jìn)一步反應(yīng)形成許多微小的晶核，從而碰撞長(zhǎng)大形成納米TiO2.

3.4 高被引文獻(xiàn)分析(CNKI)

在去除了內(nèi)容相似的文獻(xiàn)后(如： 《高級(jí)氧化技術(shù)在水處理中的研究進(jìn)展》、《高級(jí)氧化技術(shù)在廢水處理中應(yīng)用》以及《高級(jí)氧化技術(shù)處理染料廢水的研究進(jìn)展》)，選取被引頻次排名前5的文獻(xiàn)為高被引文獻(xiàn)，如表2所示.

表2 對(duì)超聲化學(xué)應(yīng)用于光催化領(lǐng)域具有重大影響力的文獻(xiàn)(CNKI)

劉冬蓮等的論文討論了超聲降解、光催化降解等高級(jí)氧化法中·OH的形成機(jī)理，介紹了這些高級(jí)氧化法在工業(yè)中的應(yīng)用，并展望了使用多種高級(jí)氧化法協(xié)同凈化污水的技術(shù)前景；江傳春等發(fā)表的“高級(jí)氧化技術(shù)在水處理中的研究進(jìn)展”一文綜述了包括光催化氧化法、超聲氧化法在內(nèi)的高級(jí)氧化技術(shù)在水處理中的研究進(jìn)展，并闡述了各氧化技術(shù)的缺點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)，為今后的應(yīng)用指明了方向；趙麗等在的“介孔納米結(jié)構(gòu)材料的研究與發(fā)展”一文中介紹了其通過(guò)超聲水解法制備了介孔納晶TiO2粉體光催化劑，超聲加快了晶化及介孔形成的速率使得制得的催化劑擁有表面積高、晶粒尺寸小以及兩相(既含有銳鈦礦型TiO2,也有板鈦礦型TiO2)的優(yōu)點(diǎn)；顧浩飛等發(fā)表的“超聲光催化降解苯胺及其衍生物研究”一文發(fā)現(xiàn)超聲降解與光催化降解的耦合展現(xiàn)出對(duì)苯胺及其衍生物良好的降解效果，但不能確定兩者之間是否存在協(xié)同效應(yīng)，文章還探究了苯胺及其衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)降解效果的影響；錢(qián)東等發(fā)表的“溶膠凝膠法制備TiO2納米顆粒及其光催化性能”一文研究使用超聲化學(xué)法制備了納米TiO2，并討論了制備過(guò)程中的超聲輻照時(shí)間對(duì)于催化劑催化活性的影響.

通過(guò)對(duì)CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的知識(shí)基礎(chǔ)的分析，從研究初期的奠定性文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)安太成、李春喜等科研工作者所取得的成果開(kāi)啟了該領(lǐng)域研究的先河.但是同Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中的奠定性文獻(xiàn)相比較可以發(fā)現(xiàn)，這些文獻(xiàn)雖然揭示了超聲降解與光催化降解之間的耦合效應(yīng)，但沒(méi)有對(duì)其機(jī)理進(jìn)行探討，研究體系有待進(jìn)一步完善.對(duì)高被引文獻(xiàn)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，劉冬蓮、江傳春等綜述了光催化氧化法、超聲氧化法等高級(jí)氧化法的作用機(jī)理，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望.趙麗、錢(qián)東等人將超聲化學(xué)法引入光催化劑的制備中，并對(duì)其中機(jī)理進(jìn)行了探討.顧浩飛等人考察了降解對(duì)象的化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)超聲光催化降解效果的影響.

4 超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與研究前沿

4.1 基于CiteSpace的研究熱點(diǎn)分析

首先對(duì)從Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索的文獻(xiàn)進(jìn)行研究熱點(diǎn)的可視化分析.選擇Year per slice為1，網(wǎng)絡(luò)類型為Keyword，設(shè)置每個(gè)時(shí)間切片內(nèi)所提取的對(duì)象數(shù)量為50，節(jié)點(diǎn)類型為引文年輪，不對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行任何裁剪，運(yùn)行得到可視化圖譜(圖4(a)，見(jiàn)第664頁(yè))其中包含節(jié)點(diǎn)207個(gè)，連線1319條.最后對(duì)可視化圖譜進(jìn)行中介中心性檢測(cè).

在圖4(a)中，節(jié)點(diǎn)大小表示關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻次.節(jié)點(diǎn)越大，關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻次越高，那么它所受到的關(guān)注程度也就越高.而具有高度中心性的節(jié)點(diǎn)是溝通其他多個(gè)節(jié)點(diǎn)的“橋梁”，充當(dāng)著媒介者的作用[11].因此，同時(shí)具有較高出現(xiàn)頻次及中介中心性的節(jié)點(diǎn)被認(rèn)為是超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[12].在去除對(duì)于顯示結(jié)果影響不大的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)后(如： degradation、photocatalysis等)，對(duì)節(jié)點(diǎn)的重要性進(jìn)行了排序，結(jié)果顯示： 對(duì)超聲化學(xué)應(yīng)用于光催化領(lǐng)域具有重大影響力的關(guān)鍵詞分別為nanoparticle、sonochemical synthesis、nanostructure、azo dye、sonochemical degradation，其頻次×中心度分別為54.96、17.30、13.09、6.75、3.12.由此可知目前超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)主要包括： 超聲化學(xué)法制備納米光催化劑，超聲降解與光催化降解的耦合以及對(duì)偶氮染料的降解.

圖4 超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)(2000—2017)Fig.4 The co-occurrence network of keywords of sonochemistry used in photocatalysis(2000—2017)

對(duì)從CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索的文獻(xiàn)進(jìn)行研究熱點(diǎn)的可視化分析.參數(shù)設(shè)置與圖4(a)相同，運(yùn)行CiteSpace得到可視化圖譜圖4(b)，其中包含節(jié)點(diǎn)242個(gè)，連線914條.最后對(duì)可視化圖譜進(jìn)行中介中心性檢測(cè).在去除對(duì)于顯示結(jié)果影響不大的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)后(如： 光催化、超聲等)，對(duì)節(jié)點(diǎn)的重要性進(jìn)行了排序，結(jié)果顯示： 對(duì)超聲化學(xué)應(yīng)用于光催化領(lǐng)域具有重大影響力的關(guān)鍵詞分別為石墨烯、復(fù)合材料、羅丹明B、亞甲基藍(lán)，其頻次×中心度分別為5.83、3.3、1.96、1.75.結(jié)合實(shí)際中文文獻(xiàn)得出目前超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)主要包括： 超聲化學(xué)法制備石墨烯復(fù)合材料以及對(duì)有機(jī)染料的降解.

4.2 基于CiteSpace的研究前沿分析

首先對(duì)從Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索的文獻(xiàn)進(jìn)行研究前沿的可視化分析.選擇時(shí)間范圍為2012—2017，Year per slice為1，網(wǎng)絡(luò)類型為Keyword，設(shè)置每個(gè)時(shí)間切片內(nèi)所提取的對(duì)象數(shù)量為50，節(jié)點(diǎn)類型為引文年輪，不對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行任何裁剪，運(yùn)行得到可視化圖譜圖5(a)(timezone型).節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間段代表該關(guān)鍵詞首次在文獻(xiàn)中出現(xiàn)的時(shí)間，因此，本文將最近所出現(xiàn)的關(guān)鍵詞定義為該領(lǐng)域的研究前沿.

由圖5(a)可以將研究前沿歸納為以下幾個(gè)方面：

(1) 在超聲化學(xué)法合成光催化劑以及光催化降解與超聲降解的耦合中引入響應(yīng)曲面法(RSM)，通過(guò)計(jì)算機(jī)建立復(fù)雜的多維空間曲面以研究實(shí)驗(yàn)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響以及它們之間的交互作用.

(2) 將超聲化學(xué)法引入還原氧化石墨烯的制備中，使用超聲波層層剝離石墨層，該方法制得的還原氧化石墨烯純度高、缺陷少且操作相對(duì)簡(jiǎn)單.

(3) 通過(guò)液相超聲法得到二維g-C3N4納米片，其具有與體相g-C3N4相同的分子結(jié)構(gòu)，但是比表面積遠(yuǎn)大于體相g-C3N4，這就使得其光生電子與空穴的復(fù)合率大大降低.

(4) 使用超聲沉積法、超聲輔助SILAR法以及超聲分散法等制備異質(zhì)結(jié)光催化劑.

對(duì)從CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索的文獻(xiàn)進(jìn)行研究前沿的可視化分析.參數(shù)設(shè)置與圖5(a)相同，運(yùn)行CiteSpace得到可視化圖譜圖5(b)(timezone型).

圖5 超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的關(guān)鍵詞的時(shí)間柱圖Fig.5 The timezone network of the keywords of sonochemistry used in photocatalysis

由圖5(b)可以將研究前沿歸納為以下2個(gè)方面：

(1) 超聲輔助溶膠凝膠法制備多元素共摻雜光催化劑.該方法有效減小了光催化劑的粒徑，提高了其光催化活性.

(2) 使用液相超聲法得到二維g-C3N4納米片.

5 結(jié) 語(yǔ)

(1) 近18年來(lái)，全球關(guān)于超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域所發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量基本上呈逐年上升趨勢(shì)，特別是在2008年以后漲幅明顯，這一現(xiàn)象說(shuō)明該領(lǐng)域所受到的關(guān)注度越來(lái)越高；而國(guó)內(nèi)所發(fā)表的有關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量雖然在2008年以后也有所增長(zhǎng)，但漲幅較小且近幾年存在明顯波動(dòng).從發(fā)文國(guó)家以及發(fā)文機(jī)構(gòu)的分布可以看出，該領(lǐng)域的研究力量主要集中在中國(guó)和伊朗.

(2) 從Web of Science數(shù)據(jù)的文獻(xiàn)共被引的時(shí)間柱圖以及網(wǎng)絡(luò)視圖可以得到超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)，其中包括5篇奠定性文獻(xiàn)和6篇高被引、高中介中心性文獻(xiàn)；通過(guò)對(duì)CNKI數(shù)據(jù)的分析，得到3篇奠定性文獻(xiàn)和5篇高被引文獻(xiàn).

(3) 國(guó)際上目前關(guān)于超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)主要是超聲化學(xué)法制備納米光催化劑，超聲降解與光催化降解的耦合以及對(duì)偶氮染料的降解，研究前沿主要是在該領(lǐng)域引入響應(yīng)曲面法以及超聲化學(xué)法對(duì)還原氧化石墨烯、g-C3N4納米片、異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備；國(guó)內(nèi)目前關(guān)于超聲化學(xué)在光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)主要是超聲化學(xué)法制備石墨烯復(fù)合材料以及對(duì)有機(jī)染料的降解，研究前沿主要是超聲化學(xué)法對(duì)多元素共摻雜光催化劑、g-C3N4納米片的制備.