淺析通過熱處理調控光催化劑性質的研究進展

摘 要：在納米材料的制作過程中，經常會使用熱處理這個技術。在實際的納米材料制造過程中，經常需要通過設備將納米材料進行加熱。然后采用一定的設備對光催化劑進行拉伸，進而可以增強光催化劑的導電性。根據最新的研究表明，在對光催化劑熱處理的過程中，會使光催化劑材料表面的外表面積、形狀改變，使元素在催化劑材料的整個表面均勻分布，并且可以使加入的元素向光催化劑周圍擴展，提升光催化劑使用性能。本文著重對如何采用熱處理技術來改變光催化劑本身特有的性質進行研究。

關鍵詞：熱處理;光催化劑;調控

光催化劑截止到目前為止，已經成功的應用到社會的各個領域，不僅在環保，能源及生產制造等行業。對光學催化劑進行熱處理的研究也一直是學術界的一個熱門研究方向。在光催化劑催化過程中，采用熱處理技術是非常普遍的。因為光催化劑的催化性能受光催化劑本身的結構特點影響，光催化劑的表面面積、直徑，外部的結構等相關特征都會對光催化劑的實際性能產生較大的影響。

1 控制熱處理的溫度

熱處理技術最重要的、最核心的一個因素就是溫度，通過給光催化劑實施不同的溫度，催化劑所產生的催化性能也不盡相同。因此在國內研究熱處理中的溫度與光催化劑的催化性能之間的關系，成為一個研究重點。熱處理技術的溫度往往會改變光催化劑的外部結構，進而導致光催化劑性能發生改變[1]。

1.1 控制光催化劑的外部結構

光催化劑的催化性能與外部結構有著相當緊密的聯系，而熱處理技術中的溫度因素就會直接改變光催化劑的外部結構，改變催化劑表面積和直徑等。有關權威認認定，對光催化劑進行低溫加熱，就可以使光催化劑的內部孔狀結構發生改變，采取高溫加熱，就會破壞催化劑內部的孔狀結構，使催化劑失活。

對光催化劑采取一定的溫度加熱，對不同種催化劑的外部結構其催化性能也會不盡相同[2]。對于多孔型的光催化劑，通過加熱，增大其外表面積，內部的孔狀結構也會增大;但是對于介孔的光催化劑，對其加熱，其外部表面區域改變，對孔的間隙、孔隙結構以及體積有著一定的影響。但是對于薄膜的光催化劑，加熱可以使膜的厚度、光孔隙的結構以及滲透率而產生一定的改變。從相反的一面來看，熱處理技術中不同種條件對催化劑也會形成不同種外部結構。第一，熱處理中的溫度可以改變催化劑晶體生長速度;第二，熱處理可以改變光催化劑外部的外部結構。

1.2 光催化劑的相變

加熱光催化劑是催化性能改變的最重要的因素，而相變的會使光催化劑的性能及催化原理發生改變。最早的研究認為相變對光催化劑的性能沒有改變，主要是由于在熱處理過程中改變相變，其最初目的是為了抑制相變的發生，不宜保持催化劑的穩定性。

1.3 控制熱處理技術中的煅燒過程

控制對熱處理技術中斷燒過程，可以改變光催化劑的氧化、還原、惰性以及給光催化劑化學反應提供真空條件。因此可以使用煅燒，來對光催化劑的制造進行有力的控制，這種方法已經被廣泛的運用到學術和企業的制造過程中來。光催化劑的反應過程需要氧氣、氮氣、氫氣、二氧化碳等元素，這些元素主要與光催化劑的外部表面結構，氧空位，活性點，表面羥基等，來使催化劑的性能發生變化。

2 加入元素進行控制

高溫會使催化劑的性能發生改變，通常相變會使催化劑的一些性能以及催化的效率發生化學反應。給光催化劑加入一定的元素可以有效的降低相變的發生，進而改變光催化劑本身的穩定性。并且熱處理可以使光催化劑中的元素在其內部進行均勻的擴散，均勻的分布在光催化劑的表面。為此在對光催化劑采取熱處理的過程中，不斷的改變熱處理溫度，同時也應該給光催化劑加入一定的化學元素來改變光催化劑的形狀[3]。

2.1 加入金屬元素

重金屬元素可以有效的改變光纖化劑的性能，可以提升催化效率，改變催化劑的熱穩性。據有關研究表明，發現Co對光催化劑的催化性能有顯著的作用，同樣也可以發現銅和銀對光催化劑的催化性能有一定的提升。在實驗過程中，經過采取不同種溫度條件下對光催化劑里面加入重金屬觀察其反應，結果表明會降低催化劑的性能，主要是因為重金屬元素在高溫的條件下會，進入催化劑內部，減少重金屬在光催化劑表面的活性位點。

2.2 加入非金屬元素

給光催化劑加入非金屬元素，這些非金屬元素主要是指氮、硅、磷、碳、硫等元素，這些元素的加入也會有效的改變光催化劑的性能，從而產生新的催化作用。比如磷和硫的加入，會使光催化劑的熱相變發生抑制。過量的硫就會使光催化劑的外部結構發生及其相對不穩定性，可以使光催化劑在比較低的溫度下發生催化反應。

氮氣和和二氧化碳與光催化劑進行反應，可以改變光催化劑的外部的面積以及催化劑中的活性位點，進而影響光催化劑的表面結構，影響光催化劑的性能。

3 結語

采用熱處理技術對光催化劑的性能進行改變是光催化劑應用的一個重要方法。光催化劑通過熱處理，可以使催化劑表面的顆粒形狀改變。給其加入元素、使光催化劑顆粒細化等方式，都可改變光催化劑的外部結構而發生相變的行為。因此本文著重研究如何通過熱技術來調控光催化劑的性質，對此做了一定的研究分析。

參考文獻：

[1]占昌朝，許建，曹小華，等.La摻雜TiO2分子印跡光催化劑的制備及其性能[J].硅酸鹽學報，2018（4）：564-571.

[2]黃珍珍，王孟晴，方琴，等.Ag-Zn3（VO4）2光催化劑催化降解甲基橙溶液[J].工業催化，2017，25（3）：76-80.

[3]李友鳳，劉國清，曾令瑋，等.FeO-CeO光催化劑的制備及其催化性能[J].石油學報（石油加工），2018，24（5）：912-919.

作者簡介：李鵬飛（1998-），男，山東煙臺人，現于山東科技大學攻讀學士學位，目前主要從事于應用化學相關的專業研究。