可見光響應型光催化材料的研究現狀

程誠

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

關鍵詞：光催化 高嶺石 半導體

中圖分類號：O643 文獻標志碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（a）-0231-01

環境污染的有效控制與治理是目前我們國家甚至是全人類正在面臨和亟待解決的一個重要問題。近年來研究較多的光催化氧化技術在未來可以在某種程度上解決日益嚴重的環境污染。出于此方面考慮，可見光響應型光催化材料的研究得到研究人員廣泛關注。對于可見光響應型光催化材料的研究主要集中在催化劑的選擇、改性以及負載技術等方面。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、性質穩定、無毒、抗化學和光腐蝕等優點而成為眾多科研工作者的首選[1，2]。但二氧化鈦在實際應用方面仍存在以下問題，例如吸附性差、光生載流子的復合率高，禁帶寬度大而導致的太陽光的利用率低，使用過程中分離回收困難等因素的影響使這項技術的實用化進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。已經采用了二氧化鈦的摻雜改性、氧化物復合改性及半導體光催化劑的負載化來增強二氧化鈦的可見光吸收性能及穩定性。

1 二氧化鈦光催化材料摻雜

離子摻雜是通過物理或化學方法，使離子進入到二氧化鈦晶格內部或者表面，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、調整其分布狀態或者改變二氧化鈦的能帶結構，最終達到提高二氧化鈦光催化活性的目的。已經有大量研究表明，硅、鋁、鐵和碳等都可以作為摻雜劑與二氧化鈦復合而有效提高二氧化鈦對太陽光的利用效率。下面對近年來的代表性研究進行介紹。

首先，對二氧化鈦光催化材料摻雜開展的工作進行介紹。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 光催化材料負載吸附劑

另外，光催化材料負載吸附劑改善光催化性能的研究也有很多。例如對沸石分子篩、活性炭、活性氧化硅膠、天然礦物等吸附劑的負載技術研究。近來對于天然礦物負載研究有很大進展。尤其是高嶺石的層片狀結構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體負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/高嶺石負載型催化劑，對偶氮砷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/高嶺石負載型復合光催化劑能夠在可見光條件下對草酸具有很高的光催化活性。另外，除二氧化鈦外，半導體催化劑氧化鋅負載高嶺土的研究今年來也迅速發展。

3 結語

以上實驗結果表明，基于摻雜改性的二氧化鈦以及半導體負載高嶺石的復合光催化劑的研究已經說明此類新型光催化技術的研制與開發是可行的。近年來許多性能和功能優越的材料模擬計算軟件的研發使得采用計算機來模擬和預測材料的性能成為計算材料科學中的前沿熱點，因此為更快更好地開發新型高效的光催化劑和光催化技術實用化，可以將計算機模擬技術結合試驗研究為尋找光催化活性超過現有催化體系的新體系提供理論及實驗依據。

參考文獻

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[5] Lv Kangle，Zuo Housong，Sun Jie，et a1.（Bi，C and N） co-doped 二氧化鈦 nanoparticles[J].J Hazard Mater，2009，161（1）：396.

[6] 薩嘎拉，照日格圖，張琪，等.鐵摻雜二氧化鈦/高嶺土復合礦物光催化劑的制備及其光催化活性的研究[J].化學世界，2008（11）：644-649.

[7] 馬惠言，簡麗，楊瑞芳，等.二氧化鈦/高嶺土負載型催化劑的制備及其結構性能研究[J].內蒙古工業大學學報，2007（26）：42-46.endprint