基于CiteSpace信息可視化分析光催化技術(shù)治理水污染領(lǐng)域的研究進(jìn)展*

韓嵩琳，朱正如，姜俊超

（遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，遼寧大連 116029）

0 引 言

隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，嚴(yán)重的環(huán)境危機(jī)伴隨而來(lái)，與此同時(shí)，全球水資源匱乏，近年來(lái)水環(huán)境保護(hù)引起了大眾的高度重視.大部分工業(yè)廢水中污染物種類繁雜多樣，僅依靠傳統(tǒng)的污水處理辦法很難有效地去除水中的有機(jī)污染物，由于這些污染物對(duì)人類的健康危害大，因此，對(duì)有機(jī)污染物的有效降解成為了近20 a的研究熱點(diǎn).光催化反應(yīng)是利用太陽(yáng)光的技術(shù)解決水環(huán)境問(wèn)題，該技術(shù)具有成本低、無(wú)二次污染的特點(diǎn)[1-2].當(dāng)前光催化技術(shù)已經(jīng)成為廢水處理領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn).

知識(shí)圖譜是以圖的形式表現(xiàn)客觀世界中的實(shí)體（概念、人和事物）之間關(guān)系的知識(shí)庫(kù)[3]，其實(shí)際應(yīng)用在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)逐步拓展并取得了較好的效果，而在我國(guó)仍處于起步研究階段.CiteSpace是由美國(guó)德雷塞爾大學(xué)Chen[4]開發(fā)的一款用于計(jì)量和分析科學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的信息可視化軟件，可用來(lái)繪制某個(gè)學(xué)科領(lǐng)域或知識(shí)域的知識(shí)圖譜，展現(xiàn)一個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)特征，并識(shí)別研究熱點(diǎn)和前沿方向.大連理工大學(xué)WISELab實(shí)驗(yàn)室的劉則淵曾用“四個(gè)一”對(duì)CiteSpace軟件系統(tǒng)進(jìn)行了概括，“一圖展春秋，一覽無(wú)余；一圖勝萬(wàn)言，一目了然”.知識(shí)圖譜研究起初用于圖書館情報(bào)學(xué)，后又被引入教育學(xué)、醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和社會(huì)科學(xué)等領(lǐng)域.俞顯和張文蘭[5]利用CiteSpace軟件對(duì)“混合學(xué)習(xí)”的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了可視化分析，總結(jié)了混合學(xué)習(xí)的研究熱點(diǎn)，也對(duì)國(guó)際混合學(xué)習(xí)的研究提出了問(wèn)題和挑戰(zhàn)；張明華和雷二慶[6]通過(guò)CiteSpace軟件分析了認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的前言熱點(diǎn)和演化脈絡(luò)，精準(zhǔn)探測(cè)到學(xué)科演進(jìn)過(guò)程中的重要變化，對(duì)于拓展認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究具有重要指引作用.

國(guó)內(nèi)關(guān)于光催化治理水污染研究領(lǐng)域的可視化分析較為少見，本文旨在利用可視化工具，以web of Science核心數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的以photocatalytic degradation和water treatment為主題的數(shù)據(jù)為分析樣本，對(duì)光催化技術(shù)治理水污染領(lǐng)域進(jìn)行可視化分析，含研究熱點(diǎn)、研究前沿以及發(fā)展趨勢(shì).

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

在web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行檢索，時(shí)間跨度為2000—2019年，數(shù)據(jù)采集的時(shí)間為2020年2月2日，采用photocatalytic degradation和 water treatment作為主題詞進(jìn)行檢索，得到6 033個(gè)檢索結(jié)果，為保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，經(jīng)過(guò)CiteSpace自帶的除重工具進(jìn)行除重，得到5 040篇相關(guān)文獻(xiàn)，本文將以這5 040條記錄數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源進(jìn)行分析.

1.2 研究方法

采用文獻(xiàn)計(jì)量法，通過(guò)CiteSpace軟件對(duì)收錄在web of science數(shù)據(jù)庫(kù)的有關(guān)光催化技術(shù)治理水污染研究的文獻(xiàn)特征及其分布狀況進(jìn)行可視化分析，詳細(xì)參數(shù)設(shè)置列于表1.分別統(tǒng)計(jì)以發(fā)文的國(guó)家、研究機(jī)構(gòu)和作者的信息，分析文獻(xiàn)共被引、關(guān)鍵詞共現(xiàn)和突現(xiàn)詞時(shí)區(qū)等圖譜，以展示該學(xué)科領(lǐng)域的研究前沿、發(fā)展趨勢(shì)和知識(shí)關(guān)聯(lián)的情況.

表1 2000—2019年CiteSpace軟件主要參數(shù)設(shè)置

2 研究現(xiàn)狀分析

2.1 年度發(fā)文量

2000—2019 年文獻(xiàn)年度發(fā)表檢索結(jié)果隨發(fā)表時(shí)間分布狀況如圖1所示.論文發(fā)表數(shù)量隨時(shí)間變化先呈緩慢增加逐漸到快速增加的趨勢(shì).分析可知，2010年以前，關(guān)于光催化技術(shù)治理水污染研究文獻(xiàn)年發(fā)表數(shù)量均不足200篇，但整體隨年份呈逐年上升趨勢(shì)，究其原因是自2010年后，國(guó)內(nèi)外發(fā)生諸多重大水污染事件，引起了環(huán)保部門的高度重視.如：2010年4月，墨西哥灣發(fā)生的原油泄漏事故，致使墨西哥灣沿岸生態(tài)環(huán)境遭遇“滅頂之災(zāi)”，專家指出，污染可能導(dǎo)致墨西哥灣沿岸濕地和海灘被毀，堪稱美國(guó)歷史上“最嚴(yán)重的一次”漏油事件[7]；2011年3月，日本福島核泄漏事故，大量放射性物質(zhì)流入到水環(huán)境和排放到空氣中，再次將大眾對(duì)水環(huán)境保護(hù)的關(guān)注度推向了新高度.面對(duì)接連發(fā)生的重大水污染事件，我國(guó)生態(tài)環(huán)境部積極出臺(tái)相關(guān)政策，如2011年，國(guó)務(wù)院印發(fā)關(guān)于國(guó)家環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃的通知，著重強(qiáng)調(diào)了污水排放、污水處理及污水再利用等問(wèn)題的處理方法.受重大國(guó)際事件影響和國(guó)家政策的支持，2010年以后水污染治理領(lǐng)域的研究數(shù)量增長(zhǎng)迅速，同時(shí)光催化技術(shù)治理水污染領(lǐng)域的發(fā)文量也進(jìn)入了快速增長(zhǎng)期，從2010年的160篇增長(zhǎng)到2019年的1 173篇.由趨勢(shì)變化可知，該領(lǐng)域的論文年發(fā)表數(shù)量從緩慢增長(zhǎng)期到達(dá)了快速增長(zhǎng)期階段，但還沒(méi)有到達(dá)平衡階段，即可發(fā)表論文數(shù)沒(méi)有達(dá)到飽和.因此，可以預(yù)測(cè)，在接下來(lái)幾年內(nèi)，該領(lǐng)域?qū)?huì)有大量研究論文發(fā)表，即年發(fā)表論文數(shù)會(huì)繼續(xù)呈增加趨勢(shì)，直至平衡.

圖1 光催化技術(shù)治理水污染研究論文數(shù)逐年發(fā)表趨勢(shì)

2.2 發(fā)文國(guó)家分析

對(duì)發(fā)文國(guó)家進(jìn)行可視化分析，有助于理解相關(guān)研究力量分布現(xiàn)狀，有關(guān)論文發(fā)表國(guó)家相關(guān)信息統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)列于表2.可知光催化技術(shù)治理水污染研究力量來(lái)自多個(gè)國(guó)家，其中發(fā)文量前3位的國(guó)家分別為中國(guó)、印度和伊朗，發(fā)文量分別為2 152、510和366篇.中國(guó)和印度作為世界上人口數(shù)量超過(guò)10億的國(guó)家，對(duì)水資源需求量很大，而中印境內(nèi)還有很多西方國(guó)家的代加工廠，這就導(dǎo)致了大量潛在環(huán)境污染問(wèn)題，因此，在控制水污染研究方面，這2個(gè)國(guó)家做出了很大的貢獻(xiàn).

表2 論文產(chǎn)出國(guó)家的相關(guān)信息統(tǒng)計(jì)

論文的突現(xiàn)性是反映發(fā)文量增長(zhǎng)的指標(biāo)，突現(xiàn)性數(shù)值高是指某一段時(shí)間連續(xù)研究的頻次較高，即該時(shí)間段內(nèi)連續(xù)發(fā)文量較多.突現(xiàn)性數(shù)據(jù)較高的國(guó)家分別是法國(guó)和日本，分別為23.94和19.25，這2個(gè)國(guó)家的發(fā)文量不高，分別為173和110篇，說(shuō)明其在近年來(lái)連續(xù)發(fā)文量較多.無(wú)突現(xiàn)性數(shù)據(jù)即為近年來(lái)在該領(lǐng)域的研究較為分散.中心度是指其所在網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)某節(jié)點(diǎn)的任意最短路徑的條數(shù)，反映了該節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)性的強(qiáng)弱.結(jié)合中心度數(shù)據(jù)可知，排名前3位國(guó)家分別為德國(guó)、法國(guó)和希臘，分別為0.69、0.27和0.22，說(shuō)明這3個(gè)國(guó)家在該領(lǐng)域研究中與其他國(guó)家開展的合作較多.

2.3 發(fā)文研究機(jī)構(gòu)分析

光催化技術(shù)治理水污染研究機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖譜如圖2所示.由排名前10位的研究機(jī)構(gòu)信息可知，研究機(jī)構(gòu)主體為大學(xué)或研究所，其中：中國(guó)科學(xué)院（Chinese Acad Sci）在該領(lǐng)域發(fā)文量最多，為257篇，這體現(xiàn)了中國(guó)科學(xué)院在光催化技術(shù)領(lǐng)域的地位；之后是江蘇大學(xué)（Jiangsu Univ）97篇，伊朗伊扎德大學(xué)（Islamic Azad Univ）94篇，湖南大學(xué)（Hunan Univ）75篇，清華大學(xué)（Tsinghua Univ）58篇，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（Harbin Inst Technol）52篇 ，浙 江 大 學(xué)（Zhejiang Univ）50篇，大連理工大學(xué)（Dalian Univ Technol）46篇，福州大學(xué)（Fuzhou Univ）46篇，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)（Univ Chinese Acad Sci）46篇 .這 10所研究機(jī)構(gòu)論文的中心度為0～0.52，其中中國(guó)科學(xué)院的中心度最高，為0.52，說(shuō)明與之合作的機(jī)構(gòu)較多，未來(lái)也將形成一批以中國(guó)科學(xué)院為核心的研究機(jī)構(gòu)合作團(tuán)體.其他機(jī)構(gòu)的中心度均＜0.10，說(shuō)明他們與其他機(jī)構(gòu)之間的合作仍有較大空間.

圖2 論文研究機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖譜

2.4 發(fā)文作者分析

利用CiteSpace軟件運(yùn)行得到光催化技術(shù)在水污染治理領(lǐng)域研究作者合作網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)密度結(jié)果為0.004 4，說(shuō)明對(duì)光催化技術(shù)治理水污染的研究作者較為分散，暫未形成密集的合作群體.論文的第一作者是該項(xiàng)科研成果的主要貢獻(xiàn)者，而通信作者是該項(xiàng)成果的責(zé)任者和受益人，核心作者則是共同作者.對(duì)核心作者劃分時(shí)，不能僅根據(jù)發(fā)文數(shù)量，而是依據(jù)普萊斯定律進(jìn)行計(jì)算，公式為

式中M為核心作者發(fā)文數(shù)，Nmax為最高產(chǎn)作者發(fā)文量.

對(duì)核心作者進(jìn)行計(jì)算，得出其應(yīng)發(fā)文量≥5篇.本次統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，發(fā)文量≥5篇的作者只有187人，占總數(shù)的24%，這表明核心研究隊(duì)伍還尚未形成.發(fā)文量前16名作者信息統(tǒng)計(jì)列于表3.湖南大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院的曾光明（Zeng G M）教授在光催化技術(shù)治理水污染領(lǐng)域發(fā)文量最多，為44篇.如他和吳威等[8]提出采用液相還原法制備氧化石墨烯負(fù)載納米零價(jià)鐵吸附劑，并用于吸附去除溶液中初始質(zhì)量濃度為160 mg/L的亞甲基藍(lán)（MB），MB去除率達(dá)到89%，吸附量為 125.5 mg/g；他和Gong等[9]以自合成的磁性多壁碳納米管（MMWCNT）復(fù)合材料為吸附劑，可有效去除水溶液中的多種陽(yáng)離子染料，為水污染治理吸附劑提供了更多的選擇空間；他和Piao等[10]提出一種氧化鐵納米材料作為納米溶膠和光催化劑處理廢水的環(huán)境凈化技術(shù)，說(shuō)明曾光明教授在該領(lǐng)域的研究較為深刻.發(fā)文量次之的是來(lái)自伊朗的Habibi?Yangjeh，發(fā)文量為27篇.其代表作是2012年他與Ghasemi等[11]提出在室溫離子液體中制備的，在石墨烯納米薄片上的組裝氧化鈰?二氧化鈦（CeO2?TiO2）納米粒子，用于污染物的光催化降解，為新型納米光催化材料的制備作出了貢獻(xiàn).

表3 核心作者發(fā)文量信息統(tǒng)計(jì)

3 研究熱點(diǎn)與研究前沿分析

3.1 文獻(xiàn)共被引分析

通過(guò)分析文獻(xiàn)共被引網(wǎng)絡(luò)圖譜，能更清楚地了解在該領(lǐng)域的高被引文獻(xiàn)/期刊，研究學(xué)者未來(lái)也應(yīng)該著重關(guān)注這些影響力度較高的文獻(xiàn)/期刊.

高被引論文的統(tǒng)計(jì)參數(shù)包括文題、類型、被引頻次、發(fā)表年份和突現(xiàn)性，同時(shí)本文統(tǒng)計(jì)了論文所發(fā)表期刊的部分參數(shù)，包括刊名、影響因子（impact factor，IF）和被引半衰期（half?life）.其中被引半衰期是顯示一份期刊從當(dāng)前年度向前推算引用數(shù)占截止當(dāng)前年度被引用期刊的總引用數(shù)50%的年數(shù)，是測(cè)度期刊老化速度的一種指標(biāo).該參數(shù)通常不是針對(duì)個(gè)別文獻(xiàn)或某一組文獻(xiàn)，而是指某一學(xué)科或?qū)I(yè)領(lǐng)域的文獻(xiàn)總和.半衰期數(shù)值越高，說(shuō)明該期刊過(guò)去發(fā)表的論文常被引用，相反數(shù)值越低，則說(shuō)明該期刊近期發(fā)表的論文常被引用.排名前10名的高被引論文相關(guān)詳細(xì)信息列于表4.截至統(tǒng)計(jì)時(shí)間，被引頻次最高論文的文題是Recent developments in photocatalytic water treatment technology：a review，該文章綜述了近年來(lái)工程光催化劑和光反應(yīng)器系統(tǒng)的研究進(jìn)展，首次描述了如何利用多變量?jī)?yōu)化方法來(lái)確定最佳操作參數(shù)，以提高工藝性能和光氧化效率，并討論了光催化技術(shù)作為垃圾處理替代工藝的生命周期評(píng)價(jià).這篇論文為該領(lǐng)域的學(xué)者提供了科學(xué)技術(shù)概述；Tong等[12]引用該論文概述了這一領(lǐng)域的研究成果，重點(diǎn)介紹了光催化材料所提供的科學(xué)技術(shù)可能性，提出半導(dǎo)體光催化作為一種解決全球能源短缺和環(huán)境惡化的潛在方法，得到了廣泛關(guān)注；Leary和 Westwood[13]引用該文章概述了納米碳?TiO2光催化劑的研究進(jìn)展，對(duì)其增強(qiáng)機(jī)理、合成途徑及應(yīng)用前景進(jìn)行了總結(jié)和討論，并提出了新觀點(diǎn).該領(lǐng)域高被引的10篇論文的突現(xiàn)性均＞10.00，且論文所在期刊的IF均＞5.000，說(shuō)明這10篇論文在該領(lǐng)域有著引領(lǐng)性的地位.10篇高被引論文所發(fā)表的期刊中，期刊半衰期＞4的有7種，＜4的有3種；這3種期刊分別是Chemical Reviews、Advanced Materials和Environmental Science&technology，對(duì)應(yīng)半衰期分別為 2、3和 3，3種期刊的 IF分別為54.301、25.809和7.149.可知與低半衰期對(duì)應(yīng)期刊的IF較高，因此，建議在光催化技術(shù)領(lǐng)域和水環(huán)境污染近年的重要研究期刊，未來(lái)在該領(lǐng)域的研究應(yīng)多借鑒上述3種期刊中的文獻(xiàn)為主要參考文獻(xiàn).

表4 高被引論文及發(fā)表期刊相關(guān)信息

為了更好地了解本領(lǐng)域某一段時(shí)間內(nèi)的研究熱點(diǎn)話題，利用CiteSpace軟件生成共被引文獻(xiàn)聚類的時(shí)間線圖譜（圖3），聚類模塊（Q）值為0.863 2，說(shuō)明該聚類結(jié)構(gòu)顯著.聚類數(shù)量代表研究方向的數(shù)量，顯示共生成25個(gè)聚類結(jié)果，即有25個(gè)研究方向或主題.排名第1位的是聚類#0降解（degradation）、TiO2，節(jié)點(diǎn)大小為36，即以這2個(gè)為研究主題的論文有36篇，且是25個(gè)主題中研究數(shù)量最多的，這說(shuō)明利用TiO2降解污染物一直是光催化技術(shù)處理水污染領(lǐng)域的研究大方向.

圖3 共被引文獻(xiàn)聚類時(shí)間線圖譜

選擇統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中同質(zhì)性較大的6個(gè)聚類進(jìn)行分析，包括聚類編號(hào)、大小、輪廓值（silhouette）、平均年份（mean year）和標(biāo)簽.其中聚類輪廓值是衡量聚類成員同質(zhì)性指標(biāo)，該指標(biāo)數(shù)值越大，代表其聚類成員的相似性越高；平均年份是判斷聚類中引用文獻(xiàn)的時(shí)間遠(yuǎn)近，年份距今近的論文為當(dāng)前的前沿話題，相關(guān)詳細(xì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果列于表5.同質(zhì)性最高的為聚類#10，其輪廓值為0.98，平均年份為2014年，對(duì)應(yīng)標(biāo)簽包含氮化碳納米片（carbon ni?tride nanosheet）、可見光光活性（visible light photo?activity）、性能（performance）、釩酸鉍（BiVO4）和磷酸銀（Ag3PO4）；次之為聚類#11，平均年份同為2014年，聚類標(biāo)簽包括降解（degradation）、分級(jí)制氫（grade hydrogen production）、類石墨相氮化碳（g?C3N4）、異質(zhì)結(jié)（heterojunction）、復(fù)合材料（compos?ite）和能量?jī)?chǔ)存（energy storage）.結(jié)合聚類#10和#11可知，當(dāng)前該領(lǐng)域的研究前沿主要為氮化碳納米材料、復(fù)合光催化劑、光催化劑活性和利用光催化技術(shù)制氫.

表5 部分共被引文獻(xiàn)聚類綜合信息表

3.2 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞是研究?jī)?nèi)容的核心體現(xiàn)，高頻次出現(xiàn)的關(guān)鍵詞體現(xiàn)了該學(xué)科的研究熱點(diǎn).繪制包含高頻次關(guān)鍵詞、發(fā)文時(shí)間、關(guān)聯(lián)度和年輪的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖（圖4），其中年輪顏色表示發(fā)文時(shí)間，顏色的深淺對(duì)應(yīng)發(fā)文時(shí)間的遠(yuǎn)近；節(jié)點(diǎn)間連線代表關(guān)聯(lián)度，線條越深表明二者關(guān)聯(lián)度越大；年輪越大說(shuō)明該關(guān)鍵詞的相關(guān)研究結(jié)果越多，反之則越少.前3名高頻次出現(xiàn)的關(guān)鍵詞是降解、水和TiO2，表明這些關(guān)鍵詞當(dāng)前研究的成果最多.自1976年，Carey等[14]首先采用TiO2光催化降解聯(lián)苯和氯代聯(lián)苯以來(lái)，不同學(xué)者圍繞半導(dǎo)體光催化技術(shù)展開了廣泛的研究.TiO2半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)能廣泛地利用天然能源（太陽(yáng)能），對(duì)多種有機(jī)物具有極其明顯的降解效果[15]，使之成為了一種新型的水處理技術(shù)，除此之外其還具有低能耗、低成本和無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn).因此，半導(dǎo)體光催化技術(shù)研究已成為環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一.

圖4 光催化技術(shù)治理水污染研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜

高頻次熱點(diǎn)關(guān)鍵詞的詳細(xì)信息列于表6，統(tǒng)計(jì)信息包括出現(xiàn)頻次、突現(xiàn)性、中心度和年份.突現(xiàn)性越高說(shuō)明該關(guān)鍵詞在近幾年的使用頻率越高，綜合出現(xiàn)頻次和中心度均高的關(guān)鍵詞分別是TiO2、光催化活性（photocatalytic activity）和多相光催化（het?erogeneous photocatalysis），說(shuō)明該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)主要集中在如何提高光催化劑的吸附性能，提升降解率[16]等.自2010年后出現(xiàn)的關(guān)鍵詞有3個(gè)，分別是 g?C3N4、納米晶體（nanocrystal）、石墨化碳氮化物（graphitic carbon nitride）和氧化石墨烯（graphene ox?ide）.其中g(shù)?C3N4是一種具有合適禁帶寬度（2.7 eV）的新型非金屬有機(jī)半導(dǎo)體光催化劑[17]，自2009年Wang等[18]研究證實(shí) g?C3N4可在可見光下制氫后，該研究受到廣泛關(guān)注；2013年Bai等[19]通過(guò)改變不同溶劑比例和回流時(shí)間，制備了不同長(zhǎng)徑比的g?C3N4納米棒，該方法為從層狀結(jié)構(gòu)制備其他一維納米材料提供了更簡(jiǎn)便的途徑.石墨烯是一種有單原子層的碳原子經(jīng)過(guò)sp2雜化后，以六邊形排列形成的蜂窩狀二維碳制新材料，并且具有良好的導(dǎo)電性能和較大的比表面積[20-22]，由于其近乎無(wú)定形的性質(zhì)，衍射方法的應(yīng)用有限[23]，而氧化石墨烯的出現(xiàn)解決了上述問(wèn)題，其與石墨烯的結(jié)構(gòu)大體相同，只是在一層碳原子構(gòu)成的二維空間無(wú)限延伸的基面上連接有大量含氧基團(tuán)，平面上含有羥基（—OH）和醚基（C—O—C），而在其片層邊緣含有羰基（C=O）和羧基（—COOH）[24].與石墨烯相比，氧化石墨烯的性能更多，其不僅具有良好的潤(rùn)濕性能和表面活性，而且能被小分子或聚合物插層后剝離，在改善材料的熱學(xué)、電學(xué)等方面發(fā)揮重要的作用[25].

表6 高頻次熱點(diǎn)關(guān)鍵詞信息統(tǒng)計(jì)

3.3 突現(xiàn)詞共線分析

突現(xiàn)詞（burst term）是指在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)頻次變化較大的詞匯[26]，也是正在興起或突然出現(xiàn)的理論或研究主題，代表該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì).通過(guò)對(duì)研究前沿的探究，有助于掌握某一學(xué)科領(lǐng)域未來(lái)的研究方向.因此，對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行突現(xiàn)詞分析，得到突現(xiàn)詞共現(xiàn)時(shí)區(qū)圖譜（圖5），可知近年來(lái)的突現(xiàn)詞為石墨化碳氮化物、異質(zhì)結(jié)、納米片、制氫（hydrogen production）、納米復(fù)合材料（nanocomposite）和光催化活性等，這些突現(xiàn)詞是近年在該領(lǐng)域的科學(xué)研究中，需要重點(diǎn)關(guān)注的研究方向.

圖5 突現(xiàn)詞共現(xiàn)時(shí)區(qū)圖譜

近年關(guān)于CO2轉(zhuǎn)化利用技術(shù)也備受關(guān)注，即在半導(dǎo)體催化劑的作用下，利用太陽(yáng)能把大氣中的CO2轉(zhuǎn)化為碳?xì)淙剂?，這是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)碳的循環(huán)利用和開發(fā)清潔能源的一項(xiàng)“夢(mèng)幻工程”[27].盡管光催化還原CO2起步較早，迄今仍面臨諸多問(wèn)題，如太陽(yáng)能利用率低，光催化材料對(duì)CO2的吸附性差等[28]，但是隨著新型光催化劑的不斷開發(fā)，國(guó)家政策的不斷扶持，實(shí)現(xiàn)光催化還原CO2技術(shù)的普遍應(yīng)用指日可待，這也將為穩(wěn)定生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn).未來(lái)關(guān)于光催化技術(shù)轉(zhuǎn)化和利用CO2以及水體污染物將成為該領(lǐng)域的重點(diǎn)研究發(fā)展方向.

3.4 研究前沿和發(fā)展趨勢(shì)分析

通過(guò)了解一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，有助于把握整個(gè)學(xué)科領(lǐng)域研究動(dòng)向，明確學(xué)科發(fā)展態(tài)勢(shì)，精煉研究方向.

2012年，Xu等[29]研究顯示石墨烯對(duì)雙酚 A具有良好的吸附能力，其是一種很有前途的水處理吸附劑.由于TiO2的禁帶寬度較大，只能吸收波長(zhǎng)較短的紫外線，限制了TiO2的大規(guī)模使用，如何提高TiO2催化劑的利用率，把光催化技術(shù)推向工業(yè)化也是今后需要解決的問(wèn)題之一[30-31].近期有研究顯示，TiO2等光催化劑與石墨烯復(fù)合能大大提高光催化性能，這需要更多的研究去證實(shí).

2017年，蘇海英等[32]研究了 g?C3N4/TiO2復(fù)合材料對(duì)布洛芬（IBU）光催化降解的影響機(jī)制，表明g?C3N4與 TiO2按質(zhì)量摻雜比例為 1∶9，得到的 g?C3N4/TiO2復(fù)合材料對(duì)IBU的光催化降解效果最佳；王磊等[33]采用溶劑熱法制備了三元復(fù)合光催化材料——TiO2?硫化鎘/還原氧化石墨烯（TiO2?CdS/rGO），該催化劑在光反應(yīng)時(shí)間為40 min時(shí)，對(duì)MB和羅丹明B的降解率可達(dá)100%.

2018 年，羅金華和張樹立[34]利用噴霧干燥?煅燒法制備的TiO2/石墨烯復(fù)合材料，30 min內(nèi)對(duì)甲基橙的降解率達(dá)到88%；王海丹等[35]等采用乙二醇溶劑熱法制備了鎢酸鉍（Bi2WO6）/TiO2納米復(fù)合材料，其在可見光和模擬太陽(yáng)光下均表現(xiàn)出較強(qiáng)的光催化降解乙烯活性，在可見光下催化降解乙烯的速率常數(shù)可達(dá) 9.312×10-4/min，與 Bi2WO6和 TiO2相比，降解率分別提高了89%和884%.

2019 年，任建等[36]采用溶膠?凝膠法制備的rGO/TiO230 min內(nèi)對(duì)MB的降解率可達(dá)96%.

綜上所述，自 2010 年以后，g?C3N4、石墨烯和TiO2復(fù)合材料等新型納米材料成為光催化治理水污染的研究熱點(diǎn).

4 結(jié) 論

本文以光催化技術(shù)治理水污染為研究對(duì)象，以web of science核心數(shù)據(jù)庫(kù)中2000—2019年光催化技術(shù)治理水污染相關(guān)的文獻(xiàn)作為研究樣本，運(yùn)用CiteSpace軟件對(duì)發(fā)文的國(guó)家、研究機(jī)構(gòu)、作者、共被引文獻(xiàn)和關(guān)鍵詞共現(xiàn)等生成知識(shí)圖譜，并進(jìn)行了可視化分析，解釋了該領(lǐng)域?qū)W習(xí)研究的總體概況，得出以下結(jié)論：

（1）隨著全球水環(huán)境的惡化，水污染治理越來(lái)越受到研究機(jī)構(gòu)和研究學(xué)者的重視.國(guó)際上關(guān)于光催化劑治理水污染的研究，2010年以前呈小幅上升趨勢(shì)，2010年以后，由于國(guó)際上重大水污染事件接連發(fā)生，保護(hù)水環(huán)境刻不容緩，因此，在2010年后迎來(lái)本領(lǐng)域的發(fā)展高潮期.

（2）CiteSpace軟件清晰地展示了在光催化技術(shù)治理水污染研究領(lǐng)域中，主體的研究機(jī)構(gòu)分布，其研究力量來(lái)自多個(gè)國(guó)家的機(jī)構(gòu)，已形成幾個(gè)較為系統(tǒng)的研究團(tuán)體，主要由大學(xué)和研究所組成；就發(fā)文量而言，中國(guó)居于榜首，尤其是中國(guó)科學(xué)院在該領(lǐng)域起著極為重要的作用.我國(guó)正處于生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵時(shí)期，“綠水青山就是金山銀山”這一生態(tài)環(huán)境即為生產(chǎn)力的理論，在科學(xué)研究的實(shí)踐中得到了充分印證.另外，法國(guó)和日本的發(fā)文突現(xiàn)性說(shuō)明，這2個(gè)國(guó)家在該領(lǐng)域的研究雖然起步較晚，但增長(zhǎng)速度較快，為該領(lǐng)域的發(fā)展做出了一定貢獻(xiàn).

（3）通過(guò)共被引文獻(xiàn)、關(guān)鍵詞和突現(xiàn)詞共現(xiàn)分析可知，TiO2及其復(fù)合光催化劑一直是該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)內(nèi)容；g?C3N4因其帶隙較窄，又有較為穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，成為近10 a來(lái)應(yīng)用較為廣泛的光催化劑；石墨烯優(yōu)異的電子傳輸性能和獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)，使其在光催化分解水制取氫氣，具有廣闊的發(fā)展前景.綜合突現(xiàn)詞共現(xiàn)分析可知，該領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)為以下2個(gè)方向：第一，利用光催化技術(shù)分解水制氫，使太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫能以取代化石燃料，為解決資源枯竭和環(huán)境污染等問(wèn)題提供出路；第二，通過(guò)制備或改性新型復(fù)合型光催化劑，提高催化活性以提升對(duì)污染物的降解效率，從而加速解決國(guó)內(nèi)國(guó)際的水環(huán)境污染問(wèn)題.

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)光催化技術(shù)治理水污染相關(guān)文獻(xiàn)的可視化分析，顯示當(dāng)今的光催化技術(shù)治理水污染領(lǐng)域的發(fā)展除了以上特點(diǎn)外，還存在一些不足之處，如大部分研究主要集中在新型光催化劑的制備及表征，與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合度不夠，即實(shí)際應(yīng)用的研究相對(duì)較少；分析的文獻(xiàn)中，并未出現(xiàn)利用光催化技術(shù)大規(guī)模治理水污染，或某區(qū)域水污染通過(guò)光催化技術(shù)得到良好控制等相關(guān)內(nèi)容，在今后的研究中，應(yīng)嘗試把光催化技術(shù)治理水污染的研究同社會(huì)實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái).