浅析通过热处理调控光催化剂性质的研究进展

摘 要：在纳米材料的制作过程中，经常会使用热处理这个技术。在实际的纳米材料制造过程中，经常需要通过设备将纳米材料进行加热。然后采用一定的设备对光催化剂进行拉伸，进而可以增强光催化剂的导电性。根据最新的研究表明，在对光催化剂热处理的过程中，会使光催化剂材料表面的外表面积、形状改变，使元素在催化剂材料的整个表面均勻分布，并且可以使加入的元素向光催化剂周围扩展，提升光催化剂使用性能。本文着重对如何采用热处理技术来改变光催化剂本身特有的性质进行研究。

关键词：热处理;光催化剂;调控

光催化剂截止到目前为止，已经成功的应用到社会的各个领域，不仅在环保，能源及生产制造等行业。对光学催化剂进行热处理的研究也一直是学术界的一个热门研究方向。在光催化剂催化过程中，采用热处理技术是非常普遍的。因为光催化剂的催化性能受光催化剂本身的结构特点影响，光催化剂的表面面积、直径，外部的结构等相关特征都会对光催化剂的实际性能产生较大的影响。

1 控制热处理的温度

热处理技术最重要的、最核心的一个因素就是温度，通过给光催化剂实施不同的温度，催化剂所产生的催化性能也不尽相同。因此在国内研究热处理中的温度与光催化剂的催化性能之间的关系，成为一个研究重点。热处理技术的温度往往会改变光催化剂的外部结构，进而导致光催化剂性能发生改变[1]。

1.1 控制光催化剂的外部结构

光催化剂的催化性能与外部结构有着相当紧密的联系，而热处理技术中的温度因素就会直接改变光催化剂的外部结构，改变催化剂表面积和直径等。有关权威认认定，对光催化剂进行低温加热，就可以使光催化剂的内部孔状结构发生改变，采取高温加热，就会破坏催化剂内部的孔状结构，使催化剂失活。

对光催化剂采取一定的温度加热，对不同种催化剂的外部结构其催化性能也会不尽相同[2]。对于多孔型的光催化剂，通过加热，增大其外表面积，内部的孔状结构也会增大;但是对于介孔的光催化剂，对其加热，其外部表面区域改变，对孔的间隙、孔隙结构以及体积有着一定的影响。但是对于薄膜的光催化剂，加热可以使膜的厚度、光孔隙的结构以及渗透率而产生一定的改变。从相反的一面来看，热处理技术中不同种条件对催化剂也会形成不同种外部结构。第一，热处理中的温度可以改变催化剂晶体生长速度;第二，热处理可以改变光催化剂外部的外部结构。

1.2 光催化剂的相变

加热光催化剂是催化性能改变的最重要的因素，而相变的会使光催化剂的性能及催化原理发生改变。最早的研究认为相变对光催化剂的性能没有改变，主要是由于在热处理过程中改变相变，其最初目的是为了抑制相变的发生，不宜保持催化剂的稳定性。

1.3 控制热处理技术中的煅烧过程

控制对热处理技术中断烧过程，可以改变光催化剂的氧化、还原、惰性以及给光催化剂化学反应提供真空条件。因此可以使用煅烧，来对光催化剂的制造进行有力的控制，这种方法已经被广泛的运用到学术和企业的制造过程中来。光催化剂的反应过程需要氧气、氮气、氢气、二氧化碳等元素，这些元素主要与光催化剂的外部表面结构，氧空位，活性点，表面羟基等，来使催化剂的性能发生变化。

2 加入元素进行控制

高温会使催化剂的性能发生改变，通常相变会使催化剂的一些性能以及催化的效率发生化学反应。给光催化剂加入一定的元素可以有效的降低相变的发生，进而改变光催化剂本身的稳定性。并且热处理可以使光催化剂中的元素在其内部进行均匀的扩散，均匀的分布在光催化剂的表面。为此在对光催化剂采取热处理的过程中，不断的改变热处理温度，同时也应该给光催化剂加入一定的化学元素来改变光催化剂的形状[3]。

2.1 加入金属元素

重金属元素可以有效的改变光纤化剂的性能，可以提升催化效率，改变催化剂的热稳性。据有关研究表明，发现Co对光催化剂的催化性能有显著的作用，同样也可以发现铜和银对光催化剂的催化性能有一定的提升。在实验过程中，经过采取不同种温度条件下对光催化剂里面加入重金属观察其反应，结果表明会降低催化剂的性能，主要是因为重金属元素在高温的条件下会，进入催化剂内部，减少重金属在光催化剂表面的活性位点。

2.2 加入非金属元素

给光催化剂加入非金属元素，这些非金属元素主要是指氮、硅、磷、碳、硫等元素，这些元素的加入也会有效的改变光催化剂的性能，从而产生新的催化作用。比如磷和硫的加入，会使光催化剂的热相变发生抑制。过量的硫就会使光催化剂的外部结构发生及其相对不稳定性，可以使光催化剂在比较低的温度下发生催化反应。

氮气和和二氧化碳与光催化剂进行反应，可以改变光催化剂的外部的面积以及催化剂中的活性位点，进而影响光催化剂的表面结构，影响光催化剂的性能。

3 结语

采用热处理技术对光催化剂的性能进行改变是光催化剂应用的一个重要方法。光催化剂通过热处理，可以使催化剂表面的颗粒形状改变。给其加入元素、使光催化剂颗粒细化等方式，都可改变光催化剂的外部结构而发生相变的行为。因此本文着重研究如何通过热技术来调控光催化剂的性质，对此做了一定的研究分析。

参考文献：

[1]占昌朝，许建，曹小华，等.La掺杂TiO2分子印迹光催化剂的制备及其性能[J].硅酸盐学报，2018（4）：564-571.

[2]黄珍珍，王孟晴，方琴，等.Ag-Zn3（VO4）2光催化剂催化降解甲基橙溶液[J].工业催化，2017，25（3）：76-80.

[3]李友凤，刘国清，曾令玮，等.FeO-CeO光催化剂的制备及其催化性能[J].石油学报（石油加工），2018，24（5）：912-919.

作者简介：李鹏飞（1998-），男，山东烟台人，现于山东科技大学攻读学士学位，目前主要从事于应用化学相关的专业研究。