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光催化剂开发研究的热点
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目前，光催化剂的开发研究主要分为以下几个方面的工作。 1.非TiO2半导体材料的研究 尽管这方面的研究工作开展得较多，但令人遗憾的是，通常情况下，其他氧化物半导体材料的活性都低于传统TiO2材料。近两年来，德国的W.F.Maier教授等将组合化学方法引入光催化剂的开发研究中，在非TiO2光催化的研究中已经暇得了一些可喜的成果。他们分别在SnO2和WO3为基体的掺杂体系中，发现了几种具有可见光活性的新材料。目前这一工作还在进一步的深人研究中，很有可能在可见光催化剂方面取得突破。 2.混合／复合半导体材料的开发研究 在这一领域中研究较为广泛的是CdS- TiO2复合材料。因为二者的能带结构相匹配，能够实现光致电荷的有效分离从而提高光催化反应的效率，同时CdS能够吸收可见光，有可能得到具有可见光活性的高效催化剂。但是CdS通常不稳定，随光照时间的延长会发生自身降解，因而难以取得令人满意的结果。另一个重要的体系是TiO2-SnO2复合材料，我们实验室在这一方面的工作已经取得了很好的结果，该复合体系的光催化活性比纯TiO2挺高了几倍。我们相信通过对复合体系各组元相互作用方式的改变和调节，很有可能得到高效的新型光催化剂。 3.掺杂的TiO2光催化剂 金属离子的掺杂工作开展得最为广泛。美国的M.R.Hoffman研究小组在20世纪90年代初期就对量子尺寸（即TiO2胶体体系）进行了金属离子掺杂的研究工作。结果表明，在量子尺寸下，大部分金属离子掺杂都可以大大挺高光氧化和光还原的量子效率。但是显然胶体体系并不适宜于实际应用，而且最重要的是金属离子掺杂光催化剂的活性对反应体系及目标污染物的选择表现出了极大的依赖性。因此，单纯金属离子的掺杂似乎很难达到预期的目的。近几年来，掺杂在可见光催化剂的研究中己经取得了重要的突破。2001年的《Science》上报道了日本Asahi小组的最新研究成果，即掺杂Ｎ的TiO2催化剂在可见光照射下可以催化水相和气相中的有机物降解反应，并且实现了可见光照射下的表面亲水化。无独有偶，德国的Maier教授也发现了碳掺杂的TiO2具有可见光催化活性，并在多次反应之后仍然保持其活性。这些令人振奋的结果为光催化剂的开发和研究注人了新的活力，为掺杂光催化剂的研究拓宽了道路。 ４.催化剂的表面修饰 这一方面的工作主要包括金属和金属氧化物沉积、催化剂表面敏化、络合及衍生化等。表面金属沉积的催化剂以贵金属沉积为代表，这类催化剂对生成氢气的光催化反应有较好的促进作用，但通常不利于光催化降解有机污染物的反应。而催化剂的表面敏化尽管能够将光催化反应扩展到可见光范围，但存在敏化剂本身的消耗问题，必须向体系中添加必要的氧化还原离子对以使敏化剂再生。显然这也不利于光催化的实际应用吧 5.制备方法和处理途经的探索 目前，广泛采用的光催化剂的制备方法是溶胶-凝胶方法，同时真空溅射等方法也用于光催化剂的制各中。传统的处理方法是热处理。热处理对催化剂活性的影响也是多方面的，并且随反应体系，目标反应物不同而有显著的差别。如对CN-的光氧化来说，高温烧结得到的金红石TiO2活性就明显高于锐钛矿。其他如刻蚀，紫外光照射等处理方法也用于光催化剂的研究中。除此之外，各类担载型催化剂的制备也引起了人们的关注。我们实验室在光催化剂制备方法的探索中已经取得了一些初步的结果。通过对传统溶胶-凝胶技术的改进，在溶胶-凝胶过程中引人光辐射，制备出了具有高催化活性的TiO2溶胶，最重要的是这类溶胶极易涂布于各种基材表面，不仅附着性好，而且保持了其高活性。同时，实验结果还表明，利用这一方法制备出的催化剂在其他物理化学性能上也与传统方法制备的材料不同。因此，利用这种方法很可能在新型光催化剂的开发研究中取得突破! |
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