【2017年整理】光催化剂的发展趋势.doc

全日制专业学位研究生 学科发展趋势系列讲座报告 题 目： 光催化剂的发展趋势 姓 名： 汤端莲 学 号： 120627006 学 院： 环境与资源学院 专 业： 环境工程 年 级： 2012级 近年来．半导体光催化技术由于在去除空气中的有毒气体和降解水中有机污染物等方面有非常广阔的应用前景，引起了人们的广泛关注。至今，已研究过的光催化剂中，TiO2因具有优良的光电性能、光催化活性、化学稳定性、无毒且价格低廉等优点，而最为常用。但从实际来看，一个具有实际应用价值的半导体光催化剂不仅应具有化学稳定性、光照稳定性、选择性和高效性。还必须具有较宽的光谱响应和光匹配性能。纯TiO2禁带能隙大(3.2eV)，只能吸收紫外光，而紫外光只占太阳光的5%，所以纯TiO2的光利用率低，而且光生电子与空穴容易复合，光量子效率低，这一直制约着TiO2的实际应用。因此，研究窄带隙能具有可见光响应的催化剂成为人们关注的焦点。目前，开发窄带隙可见光催化剂主要有两种思路。一种是通过掺金属离子或非金属离子对TiO2，进行修饰改性．如Asahi等和Khan等报道的掺氮TiO2(TiO2-xNx)和掺碳TiO (TiO2-xCx)，可以减小带隙宽度，将光响应范围拓展至可见光区。然而，掺杂容易破坏晶体结构．引人大量缺陷和复合中心．并且产生不连续的杂质能级．阻碍光生空穴的迁移．从而导致整体的光催化活性降低。另一种思路是设计新型的未掺杂可见光响应单相半导光催化剂．如：BiVO4、Bi2WO6和CaBi2O等。这类光催化剂禁带宽度相对较窄，接近太阳光谱中心，在可见光下降解有机污染物的催化活性较高。因此．作为一种理想的可见光催化剂而得到广泛研究。 此外，在悬浮光催化体系中光催化剂的分离问题是制约其工业实用化的重要因素。为了解决这个问题．研究者们将光催化剂负载在玻璃纤维、硅胶等不同载体上，制备出了很多负载型复合光催化剂。虽然负载化解决了回收的难题．但是其光催化效率却明显降低。如何制备容易回收且具有良好光催化活性的可见光催化剂成为了该领域的一个挑战。将具有优异磁学性能的磁性纳米粒子与催化性能相结合制备的磁性光催化剂，可以在外加磁场作用下实现简单分离，为多相光催化体系中光催化剂的分离提供了新的思路。与此同时，适量的磁基体的引入还可和许多过渡金属氧化物一样．作为电子捕获剂抑制电子空穴对复合，提高光催化活性，起助催化剂的作用 1光催化剂的发展 1.1光催化剂的类型 自从1972年日本Fujishima和Honda报道TiO2单晶电极在光照下能持续分解水生成H2以来，光催化氧化技术得到了迅猛发展，研究者也拓宽了应用领域。催化剂的总类也越来越多，主要分为以下几种：(1)半导体型金属氧化物或硫化物，如TiO2、ZnO、CdS、α-Fe2O3等。(2)含有大型π键离域的有机大分子，类似卟啉类结构，如酞菁。(3)表面等离子体光催化剂，如Ag@AgX(X=Cl,Br,I)。其主要是利用贵金属粒子的等离子体共振效应实现可见光的吸收，拓宽半导体的光响应范围。(4)杂多酸类，其是由杂原子如Fe、Bi与多原子W、V等通过氧原子配位桥联组成的含氧多酸，不仅具有酸性，还有氧化还原性，是一种稳定高效的催化剂。如BiVO4，其单斜白钨矿结构具有光催化活性，禁带宽度为2.4eV。Fu利用一步溶剂热法制备了BiVO/RGO复合材料，对多种污染物（甲基橙，甲基蓝，罗丹明B，活性黑BL-G）具有很高的可见光光催化活性。(4)一些新型的光催化剂。如C3N4，红磷，S8等。 1. 2光催化材料的改性方法 光催化氧化技术虽然发展很快，取得了一些成果。但是其技术上仍然存在着很多不足。如总量子效率和太阳光利用率低，性能不稳定等。研究者一方面在通过各种途径优化传统的光催化材料，另一方面又在寻找新的光催化材料。 目前，研究者主要利用的改性方法主要有： (1)纳米化 纳米光催化材料由于量子尺寸效应，使得能隙变宽，获得更强的氧化还原能力。同时随着粒径的减小，表面原子迅速增加，表面活性位点增多，光吸收效率提高，催化活性得到提高。研究表明，TiO2的光催化活性随粒径的减小而增强。 (2)金属或非金属元素掺杂 一般掺杂贵金属或过渡态金属离子须满足以下两个条件：①掺杂的金属要具有匹配的能级，及较好的导电性，使电子能从导带中迅速迁移至溶液中的吸附物上;②在进行光催化反应时，掺杂金属在半导体表面应具有良好的化学稳定性。Zheng以次磷酸作为前躯体掺