可见光响应型光催化材料的研究现状

程诚

摘 要：目前对于环境污染尤其是水污染问题的关注得到了全世界的广泛关注。而近年来可见光响应型光催化材料的研究在某种程度上提供了解决环境污染的可能。此类研究主要集中在催化剂的选择、改性以及负载技术等方面。为此，该文综述了目前的研究现状，并对今后的研究提出了展望。

关键词：光催化 高岭石 半导体

中图分类号：O643 文献标志码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（a）-0231-01

环境污染的有效控制与治理是目前我们国家甚至是全人类正在面临和亟待解决的一个重要问题。近年来研究较多的光催化氧化技术在未来可以在某种程度上解决日益严重的环境污染。出于此方面考虑，可见光响应型光催化材料的研究得到研究人员广泛关注。对于可见光响应型光催化材料的研究主要集中在催化剂的选择、改性以及负载技术等方面。已有大量研究表明，尽管二氧化钛、氧化锌、硫化镉、氧化铬、三氧化二铁、三氧化钨等半导体催化剂都可以作为光催化材料，但是锐钛型二氧化钛因催化活性高、性质稳定、无毒、抗化学和光腐蚀等优点而成为众多科研工作者的首选[1，2]。但二氧化钛在实际应用方面仍存在以下问题，例如吸附性差、光生载流子的复合率高，禁带宽度大而导致的太阳光的利用率低，使用过程中分离回收困难等因素的影响使这项技术的实用化进程受到了非常大的限制。近年来，研究主要集中在降低其禁带宽度的问题上。已经采用了二氧化钛的掺杂改性、氧化物复合改性及半导体光催化剂的负载化来增强二氧化钛的可见光吸收性能及稳定性。

1 二氧化钛光催化材料掺杂

离子掺杂是通过物理或化学方法，使离子进入到二氧化钛晶格内部或者表面，使其在晶格中引入新的电荷、形成晶格缺陷或者改变晶格类型，从而影响光生电子和空穴、调整其分布状态或者改变二氧化钛的能带结构，最终达到提高二氧化钛光催化活性的目的。已经有大量研究表明，硅、铝、铁和碳等都可以作为掺杂剂与二氧化钛复合而有效提高二氧化钛对太阳光的利用效率。下面对近年来的代表性研究进行介绍。

首先，对二氧化钛光催化材料掺杂开展的工作进行介绍。Li x J等[3]采用溶胶凝胶法合成了铁/铈共掺杂的二氧化钛，通过增加二氧化钛表面羟基含量提高了其光催化性能。Ao Y Y等[4]合成的碳、氮、硫共掺杂的介孔二氧化钛光催化材料展现了高的可见光光催化活性。Lv Kangle等[5]制备的铋、碳和氮共掺杂的二氧化钛同样提高了其光吸收能力。

2 光催化材料负载吸附剂

另外，光催化材料负载吸附剂改善光催化性能的研究也有很多。例如对沸石分子筛、活性炭、活性氧化硅胶、天然矿物等吸附剂的负载技术研究。近来对于天然矿物负载研究有很大进展。尤其是高岭石的层片状结构使其能够成为一种很理想的二氧化钛寄主。因此研究人员将具有光催化活性的半导体负载在高岭石上提高光催化效率和降低光催化剂成本。萨嘎拉等[6]合成的铁掺杂的二氧化钛/高岭石负载型催化剂，对偶氮砷III具有较高的光催化活性。马惠言等[7]用四氯化钛水解法制备出二氧化钛/高岭石负载型复合光催化剂能够在可见光条件下对草酸具有很高的光催化活性。另外，除二氧化钛外，半导体催化剂氧化锌负载高岭土的研究今年来也迅速发展。

3 结语

以上实验结果表明，基于掺杂改性的二氧化钛以及半导体负载高岭石的复合光催化剂的研究已经说明此类新型光催化技术的研制与开发是可行的。近年来许多性能和功能优越的材料模拟计算软件的研发使得采用计算机来模拟和预测材料的性能成为计算材料科学中的前沿热点，因此为更快更好地开发新型高效的光催化剂和光催化技术实用化，可以将计算机模拟技术结合试验研究为寻找光催化活性超过现有催化体系的新体系提供理论及实验依据。

参考文献

[1] A.Kudo，Y.Miseki.Heterogeneous photocatalyst materials for water splitting[J].Chemical Society Review，2009（38）：253-278.

[2] M.Ni，Michael K.H.Leung，Dennis Y.C.Leung，K.Sumathy.A review and recent developments in photocatalytic water-splitting using 二氧化钛 for hydrogen production[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2007（11）：401-425.

[3] Li X J，si D J，Fang J，et a1.Co-doping of iron and cerium in titanium dioxide：Observation of a cooperative effect[J].Chinese J Chem Phys，2006，19（6）：539.

[4] Ao Y H，Xu J J，et a1.Synthesis of C，N，S～tridoped meso—porous titania with enhanced visible light-induced photocatalytic-activity[J].Microp Mesop Mater，2009，122（1/3）：l.

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

[6] 萨嘎拉，照日格图，张琪，等.铁掺杂二氧化钛/高岭土复合矿物光催化剂的制备及其光催化活性的研究[J].化学世界，2008（11）：644-649.

[7] 马惠言，简丽，杨瑞芳，等.二氧化钛/高岭土负载型催化剂的制备及其结构性能研究[J].内蒙古工业大学学报，2007（26）：42-46.endprint