半导体光催化技术净化氮氧化物研究进展

姚 婕，张宇飞，王雅文，陈美娟，黄 宇，曹军骥

1.太原理工大学 化学与化工学院，太原 030024

2.中国科学院地球环境研究所 中国科学院气溶胶化学与物理重点实验室，西安 710061 3.西安交通大学 人居环境与建筑工程学院，西安 710049

近年来，我国冬季出现的大范围、持续重度灰霾天气引发了民众以及国内外社会的广泛关注。高浓度细粒子（PM2.5）的存在，是导致大气能见度降低、灰霾持续发生的关键因素。研究表明，我国典型城市重霾污染中二次有机气溶胶（Secondary organic aerosol，SOA） 对 PM2.5的 形 成 具 有 重要贡献，平均占比为30% — 77%（Huang et al，2014）。其中，氮氧化物（简称NOx，主要指NO和NO2）是形成二次有机气溶胶的重要前体物之一，广泛来源于各种工业燃煤、生物质燃烧及机动车尾气排放等人类活动。氮氧化物的过量排放破坏了自然界正常的氮循环过程，它不仅参与酸雨的形成，还参与光化学烟雾的形成并导致臭氧等二次污染物产生，对人体皮肤及呼吸系统产生强烈刺激及伤害作用。因此，采取有效的管理和技术措施加强氮氧化物控制，是改善我国空气质量的重要之举（Xu et al，2015；Zhang et al，2015；Pan et al，2016）。目前我国针对大气环境中的NOx污染主要采取的是源头控制技术，如对火电厂烟气排放炉加装选择性催化还原装置（Selective catalytic reduction，SCR），提高烟气脱硝率；对机动车加装三元尾气催化净化装置等（Ellmers et al，2015；Chen et al，2016；Castellanos and Marie 2017；France et al，2017）。这些技术已实现工业化应用，主要运用于发电厂、工业锅炉等，但这仅适用于高浓度污染的源头控制，且在处理过程中存在氨泄漏的风险（Li et al，2016）。随着我国工业化进程持续加快以及城市机动车持有量逐年递增，源头控制技术已然无法满足我国环境空气质量标准的要求。因此，在加强源头减排的同时，也应积极开发合适的新技术手段处理已排放至大气环境中的NOx，为雾霾控制、PM2.5达标开辟新的途径。

纳米光催化技术是一种新型高效的环境友好净化策略，它通过太阳能作为能量输入，在纳米半导体催化材料表面产生强活性物种，诱发光氧化-还原反应，实现环境污染物的去除。与传统技术相比，光催化反应可以在常温常压下实现污染物的转化或降解去除，二次污染少，因此在大气污染控制方面具有巨大的应用潜力（Fujishima and Honda，1972）。美国、日本及欧洲等发达国家，先后投入大量科研经费开展光催化净化技术的基础和应用研究。TiO2以其廉价易得、低毒稳定、催化活性高等优势，成为目前光催化环境净化领域应用最多的材料。但是，目前光催化材料研究主要处于实验室研究阶段，在实际应用方面仍然存在一些亟待解决的问题。比如，NOx光催化氧化机理尚不清楚，材料对太阳能利用率低、量子效率低等技术难点需要不断攻克。

本文通过对光催化氧化去除NOx机理，半导体光催化材料降解NOx的研究进展以及半导体光催化技术在净化空气方面的应用等方面进行概述，以期为光催化氧化去除NOx技术的研究和应用提供支撑。

1 光催化氧化去除NOx机理

半导体光催化材料的电子能带结构包含：充满电子的价带、未被电子填充的导带以及代表电子能量势垒的禁带。目前对光催化剂机理过程较普遍的认识是（图1）：在太阳光照射下，半导体吸收足够大的能量，价带上的电子通过势垒被激发跃迁到导带，同时在价带留下相同数量的空穴，从而形成电子-空穴（载流子）对。由于半导体能带的不连续性，高活性电子（e−）和空穴（h+）得到分离，通过扩散的方式迁至催化剂表面。价带上的空穴（h+）可以与半导体表面吸附的水分子反应产生·OH自由基。同时，导带上的电子可以和氧气发生反应生成·自由基。TiO2光催化剂在氧气存在下的光催化过程系列反应见式 (1) — (4)（Dalton et al，2002；Lasek et al，2013；Wang et al，2016；Giannakopoulou et al，2017）。

图1 光催化剂主要反应机理：（1）电子-空穴对的产生；（2a）载流子分离，迁移到表面反映位点；（2b）电子-空穴对复合位点；（3）活性位点上的表面化学反应Fig.1 Mechanism of photocatalysis with main reaction:electronehole pair generation (1), charge separation and migration to surface reaction sites (2a) and to recombination sites (2b) and surface chemical reaction on active sites (3)

通常借助捕获剂捕获活性物种实验以及电子顺磁共振技术（ESR）检测光催化过程中活性物种的存在。Ding et al（2016）添加空穴、电子、·OH和捕获剂Na2C2O4、K2Cr2O7、叔丁醇和对苯醌确定催化过程中的活性物种及其贡献。实验结果表明，·OH自由基的氧化作用对Bi2MoO6-0催化去除NO的过程至关重要，而Bi/Bi2MoO6-0.5光催化氧化NO过程主要有自由基参与。Huang et al（2016a）通过ESR技术证明，·OH 自由基是Bi2O3/(BiO)2CO3光催化氧化去除NO过程的主要活性物种，过程中无自由基的产生。催化剂不同，催化过程参与的活性物种不同，从而直接影响NOx催化去除途径。

电子和空穴在迁移过程中易在催化剂内部或表面直接复合，或者被体相或表面晶格缺陷俘获，导致能量以光或热的形式逸散。因此，光生载流子表面反应与电子-空穴对复合过程之间的竞争影响光催化效率。一般认为，延长载流子寿命，提高载流子界面迁移速率可提高光催化剂的量子产率。对于具体的光催化材料和催化降解过程，需要考虑材料的电子结构等因素。

光催化氧化NOx过程中，终产物硝酸盐附着在催化剂表面，当在催化剂表面沉积过量时会降低催化剂的活性，因此需要通过水洗涤方式移除硝 酸 盐（式 (9)）（Dalton et al，2002；Wang et al，2007），而洗涤下来的硝酸盐很容易被植被和微生物吸收利用，在自然界形成氮循环，生成的硝酸几乎没有酸性，完全可以被空气中的粉尘中和成无害物质，因此不会对周围水体和环境的pH造成不良影响。

目前关于光催化净化机制的研究大多还停留在“推测多于证据”的阶段。Luévano-Hipólito（2013，2014）等人在光催化去除NOx方面做了大量工作，设计开发了具有高去除效率的Bi2Mo3O12和WO3光催化剂，通过对中间产物NO2的实时监测，推测出 NO → HNO2→ NO2→ HNO3的光催化去除过程。Zhang et al（2017）采用在线NO2监测技术以及离子色谱定量反应后催化剂表面的主要氧化产物（），推测NO在LaFeO3-SrTiO3催化去除的过程中的具体形态转化：NO → NO2→HNO3。

研究者通过原位表征手段（比如原位红外）进行NOx光催化氧化机理的探索。Cui et al（2017）运用原位红外（in suit FTIR）探究了Ag/AgCl-(BiO)2CO3三元复合体系对NO的光催化氧化。实验表明，随着光照时间的推移，NO2、亚硝酸离子、硝基物种、硝酸盐的特征峰强度随之变化，证明光催化剂产生的活性物种可以诱导NO以及中间产物最终转化为（NO + 2·HO → NO2+H2O，NO2+ ·HO→+ H+）。催化材料表面原子和NO的相互作用不同，去除NOx的机理也不尽相同。Wu and Cheng（2006）利用原位红外（in suit FTIR）光谱研究了紫外灯照射下NO在TiO2以及过渡金属负载TiO2光催化剂表面上的反应机理。图2和图3分别演示了NO在TiO2表面上的吸附以及光催化去除机理。原位红外结果表明，TiO2对NO的吸附过程中出现了NOH，双齿和单齿硝酸盐，双齿亚硝酸盐，TiOO−和其他的表面过氧化物。Wu and Cheng（2006）分析认为，NO率先进攻TiO2表面的OH基团，然后被表面活性氧氧化成为单齿亚硝酸盐。氧空位和表面过氧物种诱导单齿亚硝酸盐转化为双齿亚硝酸盐以及TiOOH。随着光照时间的推移，中间产物的红外振动特征峰强度变化。TiO2光催化氧化去除NO的过程如下：在紫外光照射下光生电子-空穴对产生，空穴被表面过氧Ti(O2)捕获转化成为超氧TiOO·。被吸附的双配位亚硝酸盐被TiOO·氧化成为双齿和单齿硝酸盐。Zhou et al（2016）采用原位红外探讨了Bi2O2CO3吸附以及光催化氧化NO的过程。图4为Bi2O2CO3光催化剂对NO的吸附以及光催化氧化过程。通过对中间产物特征峰沿程强度的对照，推断吸附以及光催化氧化的过程如下：NO优先进攻Bi2O2CO3催化剂表面的OH基团，随后被表面活性氧氧化成为单齿亚硝酸盐。由于Bi-O键的结合能使氧空位形成，进而诱导单齿亚硝酸盐转化为双齿亚硝酸盐。可见光照射下，电子-空穴对生成，空穴和表面吸附的H2O/羟基基团反应生成·OH自由基，同时电子被O2捕获生成自由基。最后，表面吸附的双齿亚硝酸盐被这些氧化物种氧化成为双齿和单齿硝酸盐。综上所述，光催化去除NOx的一般机理过程为NO → HNO2→ NO2→ HNO3。但因表面原子与 NO的成键方式不同，不同催化剂去除NOx，产生的中间产物也不同。采用原位技术（譬如原位红外）对催化过程中间产物的监测和研究有利于明晰催化过程中材料表界面的性质变化及NO的沿程形态转化途径，对光催化材料的改性研究具有建设性的指导意义。

图2 TiO2对NO的吸附机理（Wu and Cheng，2006）Fig.2 The possible mechanism of NO adsorption on TiO2 (Wu and Cheng, 2006)

图3 TiO2对NO的光催化氧化机理（Wu and Cheng，2006）Fig.3 The possible mechanism of photocatalytic NO oxidation on TiO2 (Wu and Cheng, 2006)

2 半导体光催化材料降解NOx的国内外研究进展

半导体光催化技术利用自然光或者人造光在室温条件下净化低浓度空气污染物，是一种绿色可行的技术。目前，在NOx去除方面应用比较好的光催化材料包括：金属氧化物（TiO2、ZnO、WO3、Fe2O3、ZrO2等），三元化合物（钒酸类、钽酸类、钨酸类等）和一些含氧卤化物（BiOCl、BiOBr等）。本文总结了近3年（2015 — 2017年）用于NOx光催化氧化去除的性能良好的半导体光催化材料（表1）。众所周知，太阳能利用率低以及量子效率低等缺点严重制约光催化材料的发展与应用。众多研究者致力于设计与开发高效能光催化材料。一般提高光催化材料催化性能的思路主要基于材料的光吸收率、载流子分离及迁移效率、表面催化活性位，以下会对其进行详细的阐述。

图4 Bi2O2CO3对NO的吸附以及光催化氧化过程（Zhou et al，2016）Fig.4 Proposed processes of NO adsorption and photocatalytic oxidation on Bi2O2CO3 (Zhou et al, 2016)

2.1 增强催化剂的光吸收效率

入射光的能量大于或等于光催化材料的带隙能量时才能激发价带电子产生有效跃迁，因此光催化剂的光吸收效率与半导体光催化剂的能带结构紧密相关。传统的半导体催化材料如TiO2、ZnO等具有较大的禁带带隙，导致了它们表现出较低的光转化效率。譬如，TiO2的禁带宽度为3.2 eV，只能利用5%到达地球表面的太阳光，使得太阳光利用率低下。因此，国内外研究人员趋向于拓宽催化材料的光响应范围以提高光利用率。

（1）窄带隙半导体光催化剂敏化宽带隙半导体光催化剂，拓宽光催化材料的光致激发波长范围来提高光催化效率。利用复合半导体光催化剂的互补性质，扩展可见光响应范围，提高空穴-电子分离效率，使复合光催化剂比单一光催化剂表现出更好的催化活性。Ma et al（2016）以商业P25和三聚氰胺为原材料经过煅烧成功制备出g-C3N4/ TiO2复合物。紫外可见漫反射（DRS）结果表明（图5），g-C3N4/ TiO2复合物的光吸收相较于TiO2（无可见光吸收）发生红移，提高了对可见光的利用，扩展了光响应范围，g-C3N4/ TiO2复合物在可见光照射下表现出良好的去除NOx的光催化性能（27%），远高于g-C3N4（7%）以及 TiO2（17%）。Xiong et al（2015）通过对BiOIO3体系引入Ag/AgCl增强了BiOIO3对可见光的吸收，同时提高了光生载流子的有效分离率。Ag / AgCl / BiOIO3在可见光照射下去除NO效率高达64%，远高于Ag / AgCl（30%）和BiOIO3（13%）。

（2）通过金属或者非金属掺杂形成杂质能级来调控光催化材料的禁带宽度，提高材料对可见光的吸收能力（Li et al，2015a，2015b）。一般认为，掺杂离子可以为光催化剂提供新的给体能级或者受主，或者和半导体中原生能级发生杂化形成掺杂能级，从而影响半导体的光吸收性能。Sof i anou et al（2015）关于Mn4+掺杂锐钛矿TiO2的DFT计算表明：Mn4+掺杂导致TiO2的禁带宽度变窄，光吸收带红移。He et al（2017）报道，由于C的掺杂，C-TiO2材料的光吸收边带红移至可见光区，有利于提高材料光催化性能。

2.2 提升载流子分离和迁移效率

由于半导体能带的不连续性，光生电子-空穴对得以分离，迁移至催化剂表面反应位点进行氧化还原反应。然而，光生电子-空穴对复合过程也同时发生，导致光生载流子密度减少，影响光催化性能。时间分辨光谱研究结果表明，电子-空穴被捕获和复合的速率极快，显著降低了光催化活性（Michael et al，1995）。因此，提高光生载流子的分离与迁移至关重要。

表1 用于NOx去除的光催化剂Tab.1 Examples of photocatalysts used for the photodegradation of NOx in air

（续表1 Continued Tab.1）

（1）构建异质结或者异相结，形成内建电场能够促进光生电子-空穴对分离与迁移（Zhuet al，2016；Peng et al，2017；Zhang et al，2017）。

Wang et al（2016）利用 g-C3N4自牺牲提供

基团，通过一步水热法巧妙地合成了厚度可控的Bi2O2CO3/g-C3N4层状异质结纳米盘。瞬态光电流响应实验以及电化学阻抗实验证明了：通过形貌调控和异质结协同催化作用，Bi2O2CO3/g-C3N4异质结光催化剂的载流子分离效率以及迁移率远高于Bi2O2CO3和g-C3N4，对NO的去除效果显著增强。Z型光催化异质结克服了传统异质结光催化材料光生电子-空穴对氧化还原能力低的缺点，最大限度发挥光催化材料的还原氧化能力（Li et al，2015a；Liu et al，2017）。Zhang et al（2016） 报道，表面功能化的mpg-C3N4与PdCl结合可以有效提高NO的去除效率和稳定性，同时有效抑制有毒中间产物NO2的生成。mpg-C3N4/ PdCl光催化系统中电荷的传输模式类似于Z型光催化异质结体系（图6），促使电荷有效分离，促进自由基的产生，使PdCl2/ mpg-CN表现出卓越的光催化活性。

图5 M0，M400，M0+g-C3N4和g-C3N4的（a）紫外可见漫反射光谱以及（b）(αhν)1/2对hν作图求禁带宽度（Ma et al，2016）Fig.5 (a) UV-vis diffuse ref l ectance spectra and (b) plots of (αhν)1/2 versus photon energy (hν) of the M0, M400, M0+g-C3N4 and g-C3N4 (Ma et al, 2016)

图6 PdCl2 / mpg-CN分子固态光催化剂在可见光照射下可能的光催化机理（Zhang et al，2016）Fig.6 Possible photocatalytic mechanism of PdCl2 / mpg-CN molecular/solid-state hybrid photocatalyst under visible light irradiation (Zhang et al, 2016)

（2）贵金属沉积。通常贵金属可作为电子捕获中心，提高光生载流子的迁移和分离效率。一般情况下，金属内的电子不受光照因素的影响可以自由移动，因此金属的费米能级低于半导体。根据能量最低原理，半导体表面沉积某些贵金属（Ag、Au、Pt等）时，电子从半导体导带上转移至费米能级较低的金属上，直到二者达到匹配形成肖特基势垒，有效阻止电子和空穴的复合。Zhang et al（2014）将Au量子点均匀分散在TiO2光催化剂的表面上，Au / TiO2在可见光下对NO去除表现出高超的光催化活性以及耐久稳定性（Zhang et al，2014）。这主要归功于Au量子点的局域等离子体共振效应。Au量子点在可见照射下敏化TiO2催化剂，既降低了电子-空穴对复合率，同时也促进了NO分子的活化。Sun et al（2015a）也曾有过此类报道，Ag纳米颗粒分散在g-C3N4纳米片表面，其实验结果表明，Ag/g-C3N4不仅可以提高g-C3N4纳米片的光催化活性，而且可以将NO彻底转化为。Sun解析催化效率的提高原因有两点：一是由于Ag纳米粒子的等离子体共振效应，拓宽了光响应范围；二是Ag的费米能级低于g-C3N4的导带位置，光生电子从g-C3N4的导带迁移到Ag纳米粒子上，促进电子-空穴对有效分离。Dong et al（2016）通过一步水热法原位合成Pd / Pd2+共同修饰的(BiO)2CO3微球，改性后的材料NO去除效率从23.4%大幅度提高到51.4%。DFT理论计算表明，Pd2+的掺杂减小了(BiO)2CO3的禁带宽度，增强可见光吸收能力，Pd的沉积促进了载流子的分离与转移，可见光活性显著提高。表面光电压谱及瞬态光电流密度结果与理论计算结果一致。

2.3 构筑表面活性位

光催化反应是表面化学反应，表面活性位点以及材料尺寸大小（有效比表面积）影响催化性能与机制。

（1）合成形貌特殊，大比表面积的光催化材料，提高光催化性能（Dong et al，2011a，2011b；Huang et al，2016a，2016b）。对于气固相光催化反应，大比表面积有利于低浓度气态污染物富集，增加表面反应概率。其中，介孔材料可以提供高的比表面积，丰富的活性位点，有利于光催化活性的提高（Li et al，2014a，2014b；Miao et al，2016）。Guo et al（2013）巧妙的利用乙醇与乙酸酯化反应缓慢释放的水分子作为成核中心完成异丙醇钛的水解，成功合成由纳米颗粒组装的介孔TiO2球。N2吸附-脱附等温线表明光催化材料的平均孔大小为3.4 nm左右。由于其独特的形貌，大的比表面积以及可见光吸收性能，介孔TiO2球表现出极好的NOx光催化去除效率。同样的，Dong et al（2011b）成功制备出由单晶纳米片自组装的三维中空微球，材料包括中空和大孔结构。其认为这样的结构有利于反应分子的有效运输和对光的吸收，进而促进光催化效率的提高。Dong et al（2011a）通过超声喷雾热分解法制备出中空结构的PbWO4。光催化测试结果表明，中空PbWO4球对NO去除效率有显著提高作用，这主要归功于其独特的空腔结构增强了对光的利用率，小尺寸、大比表面积、大孔体积增加了表面反应的概率。

（2）合成高指数晶面暴露材料，制造表面缺陷。光催化反应第二步即光生电子-空穴在光催化剂内部和界面的迁移过程，因而光催化剂的晶面和缺陷对光催化剂性能影响甚广。光催化剂不同晶面上粒子排布各异，致使光催化剂的吸附特性和光生载流子的复合率也不同，因此材料的光催化活性和选择差异也很大。Ou et al（2016）通过碱性溶剂热的方法将石墨烯与高活性（040）面暴露的3D花状BiVO4材料复合，石墨烯的引入促进了3D BiVO4晶体优先沿着（040）面生长。有实验和理论证明（Li et al，2014a），（040）面高指数暴露的BiVO4光催化活性最优。由于光生电子富集在BiVO4的（040）面上，BiVO4与石墨烯之间的相互作用加速富集电子优先转移到石墨烯上，降低了电子-空穴对复合的几率，BVO/rGONS复合物相对于BiVO4表现出优良的光催化活性。Nowotny（2008）报道，缺陷的存在可以调节光吸收能力及光催化活性。光催化剂的性质，包括电子结构、电荷转移、表面性质等，都与氧空位息息相关（Liu et al，2009）。晶格缺陷是光催化反应的活性位点（Ahmed et al，2016），但过多的缺陷可能成为电子-空穴的复合中心，进而影响光催化剂的性能。Ma et al（2014）采用低温方法成功制备出具有氧缺陷的TiO2光催化剂并将其应用于光催化去除NOx。TiO2-200表现出较高的光催化活性，一方面是因为大的比表面积为NO的光催化氧化反应以及产物的吸附提供更多的位点；另一方面，第一原理密度泛函理论计算证明氧空位的存在导致禁带宽度变窄，扩宽了可见光响应范围，有效的促进电荷分离。

通过上述这些改性策略，有效调控材料的能带结构、表界面性质、比表面积以及活性位点等，从而提高半导体光催化剂对光的吸收能力，扩展其光响应范围；改善电子-空穴的分离效率；增加活性位点、高活性面等来增加表面反应概率，赋予半导体光催化材料高效净化NOx的性能。

3 光催化材料去除NOx的实际应用

在理论和实验的基础上，科学家们也在不断探索提高光催化材料性能的新材料和新方法。光催化去除NOx发展的最终目标是将它们运用到大气污染控制方面。日本已经开始研究光催化材料在城市尺度环境中的净化性能（Maggos et al，2007）。在美国、欧洲等一些发达国家和地区也已经开始开展室内空气净化方面的研究。将光催化材料应用在建筑物外墙以及道路结构的外层，可实现被动空气净化与建材功能一体化。光催化技术已不仅仅止步于实验室研究，已经开始真正活跃在室内和室外空气净化中。

3.1 光催化技术在室内的应用

人一生中超过一半的空气摄入量是室内空气（Sundell，2004），大多数与环境相关的病都与室内空气质量相关。因此，室内空气质量尤为重要。Maggos et al（2007）选择室内停车场作为TiO2涂料去除室内空气污染物效率的评估场。停车场天花板的表面涂抹白色丙烯酸TiO2涂层，封闭的停车场充满汽车排放的废气。当系统达到稳态后，紫外灯照5 h。最终实验结果表明，光催化去除NO和NO2的效率分别达19%，20%，光催化技术具有显著去除NOx的能力，也说明了多相催化剂可以作为改善空气质量的一种工具。Chen and Chu（2011）将TiO2光催化材料用于混凝土地面NOx净化，引起广泛关注。参与者设计采用活性炭（AC）做载体，利用活性炭的吸附性能对空气中低浓度NOx进行吸附，进而被TiO2光催化剂氧化去除。研究者将该材料涂在混凝土地面中来评估材料对NOx的净化效果。首先开展了大量实验优化室内NOx净化性能的评估条件。在最佳条件下模拟的实验结果表明，被修饰的室内混凝土路面拥有良好的净化能力、自我重生和重复能力，去除NO和NO2的效率分别达37.40%和25.84%。同步室外监测结果表明，光催化氧化是一种有效的，适合大规模空气净化的技术。

3.2 光催化技术在室外的应用

自TiO2光催化剂被用于去除车辆排放的氮氧化物废气并取得良好效果后，许多公司将TiO2光催化材料用在铺路材料上。2015年，TiO2铺路石已开始在市面上售用（Spasiano et al，2015）。Guerrini and Corazza（2008）已于1996年第一次将含有TiO2的水泥用在“教会2000”教堂的三大象征帆上。Chen et al（2007）设计并开展了涂覆有光催化涂料的人行道上NOx去除的实验，测试结果表明，在人工日光灯照射下（3×50 w日光灯具），含有TiO2的水泥混凝土的NO催化转化率达到 90%以上。Hamada et al（2004）将TiO2材料用在飞机场（包括东京国际机场（羽田机场）和石垣国际机场（冲绳县）），NOx去除效率大约为10% — 30%。Guerrini（2012）用真空喷涂技术将光催化涂料喷涂在意大利罗马市中心一个长347.70 m，宽17 m，高8.5 m的隧道内（翁贝托I隧道），监测数据表明，含有光催化剂的水泥涂料对隧道中NOx的有显著净化作用。

4 结论及展望

综上所述，光催化技术是一项新型的空气质量控制技术，该技术利用太阳能做激发源，绿色环保，无二次污染，能有效去除低浓度空气污染物，为大气污染控制提供了一条行之有效的思路。但是，目前光催化技术还不成熟，仍处于实验室研究阶段，在理论基础及实际应用方面仍然有许多问题亟待克服。

因此，对光催化技术的研究未来应该集中在两个方面：（1）对光催化机理以及光催化氧化去除NOx机理有待深入研究。现阶段对中间产物，尤其是对活性物种的鉴定主要依靠推断。采用先进的原位表征手段来解析光照情况下催化剂表面发生的沿时物理化学反应过程，明确催化材料结构与催化性能的关系，有助于指导开发高效光催化材料，对光催化技术在工业上的应用也有重要的意义。（2）新材料、新方法的开发对于材料在实际应用方面至关重要。粉体光催化半导体不易回收，因此发展粉体材料固载技术，开发高效光催化薄膜宏量制备技术成为现阶段光催化研究的方向。同时，光催化技术与其他大气质量控制技术协同作用，也将逐渐成为光催化技术未来的发展方向。

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