用于光催化的金屬氧化物多孔材料的研究進展綜述

任德忠

摘? 要：金屬氧化物材料的多孔化制備技術受到人們的高度關注，由于多孔制備技術具比表面積大、較多的活性位點、促進物質傳輸的雙連接結構特點，因此能夠在環保、能源、精細化工等多個領域應用。本文通過分析幾個不同的金屬氧化物材料，比如二氧化鈦、氧化鋅、氧化亞銅等在光催化領域中的發展進程，分析金屬氧化物多孔制備技術、光催化性能等，探討光催化性能的改進措施。

關鍵詞：光催化? 金屬氧化物? 多孔材料? 研究進展

中圖分類號：O643? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）09（b）-0063-03

Abstract： The porous preparation technology of metal oxide materials is highly concerned by people. Because of its large specific surface area， more active sites and double connection structure to promote material transport， porous preparation technology can be applied in many fields such as environmental protection， energy， fine chemical industry， etc. In this paper， through the analysis of several different metal oxide materials， such as titanium dioxide， zinc oxide， cuprous oxide in the field of photocatalytic development process， analysis of metal oxide porous preparation technology， photocatalytic performance， etc.， to explore the improvement measures of photocatalytic performance.

Key Words： Photocatalysis; Metal oxide; Porous materials; Research progress

能源短缺和環境污染問題是目前全球人類面臨的最大的難題和挑戰，人類生活的進步導致對能源的需求量逐年上漲，導致地區中蘊藏的礦物質燃料大幅度減少，也因此對自然環境造成巨大的損害，而自然也給了人類最大的“懲罰”。目前，不僅是我國，全世界的國家都開始重視節能能源和保護環境的問題，這也是光催化工作人員的研究重點。光催化的原理是通過利用太陽能來實現節省能源和環境的保護，二氧化碳電極能夠在可見光的刺激下實現水解制氫，這一技術也得到全世界研究人員的認可和進一步探索[1]。在1977年，有研究人員發現，二氧化碳能夠在可見光的刺激下促進廢水的氧化，從而得到氰化物和硫化物兩種物質，繼而還可轉變為氰酸鹽和硫酸鹽，這一技術的應用也促進了光催化在節省能源和保護環境上發揮的意義。后來，Inoue教授還發現了在光催化技術的影響下，二氧化碳具有還原有機化學物的效果，進一步促進光催化技術在能源及環境保護中的效果。

1? 多孔金屬氧化物合成和光催化降解污染物分析

1.1 二氧化鈦（TiO2）

二氧化鈦是最佳的半導體材料，這一材料的成本較低但是穩定性較好且具有高催化活性特點，因此被廣泛應用在光催化降解污染物中。有研究人員表示，乙酸鋅可作為鋅源、異丙醇鈦作為鈦源，利用氣相沉積法制備技術在氣溶膠的輔助下，可制備出分級孔道的多孔二氧化鈦薄膜。紫外線的影響下可完成燃料以及硬脂酸的講解處理，通過這一技術制備出的二氧化鈦薄膜的光催化率是普通二氧化鈦薄膜的十幾倍[2]。

還有研究人員將0.15～1.5μm聚甲基丙烯酸甲酯作為模板，將異丙醇鈦作為鈦源制備介孔的二氧化鈦，通過浸漬法可讓介孔二氧化鈦帶有磁性，方便收集能力從而提高循環能力。樣品在UV光的影響下講解亞甲基藍，最終發現0.15μm聚甲基丙烯酸甲酯制備的樣品的催化活性更好[3]。

要持續提高多孔二氧化鈦的光催化效果，有關人員針對其實施了復合、負載以及摻雜手段的實施，在簡易的溶劑熱法手段可制備出多孔的TiO2/C復合物，同時受到不同電解質、不同電壓的影響，鈦這一物質制備出的多孔二氧化鈦薄膜能夠在紫外線的刺激下完成甲基藍的降解處理，催化效果最好的產物4d內的脫色率高于99%[4]。

相關人員通過多孔金屬金地的生長氧化物技術的反向思路實施處理，多孔二氧化鈦結構上課復合產出貴重金屬。通過熔煉甩帶可制備出AI97.4Ti2.1Ag0.2靜態合金條帶，然后將制備出的產物繁殖在NaOH溶液中，在室溫下放置2h，空氣干燥可獲取前驅體①，將其浸漬在0.1mol/L的HCI溶液中2h，通過去離子水清洗可得到前驅體②，將其放置在400℃的環境下1h可獲得介孔Ag/TiO2復合材料。符合材料在光刺激下可降解甲基橙，120min可達到100%的講解效果。

1.2 鉍系半導體

鉍系半導體材料具有極強的見光激發效果，光催化活性極高，在光照下能夠將其分解出有機污染物，可光解水，還原CO2等作用。在目前關于鉍系半導體催化劑的研究，鉍系半導體催化劑包括氧化鉍、含氧酸鹽以及符合的催化劑。第一，氧化鉍。氧化鉍的發展前景非常好，禁帶寬在2.58～2.85eV，具有易被可見光見覅的效果，也有非常好的價帶位置、極強的光催化特點等。按照研究分析，硝酸鉍屬于金屬源，乙二醇甲醚是溶劑，尿素作為添加劑。硝酸鉍通過溶膠凝法能夠實施多孔Bi2O2，Bi2O2的制備[5]。利用水熱法制備手段、煅燒制備手段還能獲取多孔異質結Bi2O3-Bi4MoO24復合材料，這種材料通過光催化的影響下能夠實現甲基橙、苯酚的降解，其中甲基橙脫色率達100%的時間為45min，苯酚脫色率達到100%的時間為180min。利用水熱法、煅燒法可制備得到100～200nm孔徑的多孔TiO2薄膜，同時在超聲輔助連續離子層吸附反應技術的輔助下，直徑為5nm的Bi2O3球可負載在多孔TiO2薄膜上，具體技術流程表現為：將多孔TiO2薄膜浸潤在乙二醇硝酸鉍溶中，同時采取超聲輔助連續離子層吸附反應技術處理，乙二醇可消除薄膜上多余的離子，然后再次浸潤在乙二醇溶液中，重復2次，在水熱法處理后可制備出多孔Bi2O3/TiO2異質結符合材料。在紫外線光和可見光下課降解為MB，紫外線光下12h后脫色率在96.8%，可見光12h的脫色率在99%[6]。第二，釩酸鉍。釩酸鉍屬于三元氧化物半導體材料，具有極強的穩定性，無毒。在FTO上將BiCl3作為金屬源實施水熱法、煅燒法制備出多孔的釩酸鉍納米桿。還有研究人員將NH4VO3，Bi（NO3）3 5H2O作為原料，通過水熱法可制備出多孔TS/BiVO4復合材料[7]。

2? 結語

多孔金屬氧化物根據制備技術不同可劃分為兩種：第一種是直接制備出多孔金屬氧化物，在液相法的輔助下，利用水熱法進行合成，再通過氣相法輔助下的煅燒手段進行合成，制備出的產物都是粉質產物，因此回收具有極大的難度，如果必須實施回收則通過賦予磁性或半導體負載的方式進行解決。第二種是間接制備，是利用負載技術將氧化物負載到多孔的載體上。在進行半導體的負載的術后要注意，載體和半導體之間存在固定特點以及載體的吸附能力，半導體催化活動等。

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