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      光催化劑現狀及發展研究

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      《工業催化雜志》2016年第10期

      摘要:

      主要介紹近幾年光催化劑的研究進展,根據光催化劑化學組成不同,分類總結一些典型金屬氧化物光催化劑、非金屬氧化物光催化劑的合成技術發展以及光催化劑在廢氣、廢水處理等環保領域和分解水制氫等新能源領域的應用,對光催化領域未來發展前景進行展望。

      關鍵詞:

      催化化學;光催化劑;降解;分解水制氫

      自1972年FujishimaA等[1]發現銳鈦礦相TiO2的光電效應后,研究者開始深入研究各種半導體材料的光催化性能。在催化劑組成研究方面,以化學成分區分,形成了以TiO2[2]、Bi2O3[3]和ZnO[4]等為代表的金屬氧化物系列光催化劑、以CuS[5]和CdS[6]等為代表的金屬硫化物系列光催化劑以及碳材料負載金屬氮化物、硒化物系列催化劑等;在催化劑性能優化方面,發展了金屬離子摻雜、特殊形貌制備和等離子技術處理等多種光催化劑改性技術;在光催化及應用領域,主要集中于有機廢水與廢氣處理、光催化分解水制氫和太陽能電池等方向。從未來發展前景看,在環保領域,隨著環保法規的日趨嚴格,對于經生化處理即可達標排放的低濃度COD廢水迫切需要進一步深度氧化處理。另外,隨著對有機廢氣污染的重視,光催化降解低濃度有機廢氣以其獨特的優勢必然大有可為;在光解水制氫領域,很多研究[7-13]也取得了成果,但關鍵在于高效率可見光響應的催化劑研制;在制備高效實用的太陽能電池[14-15]方面,存在的難題是光電轉化效率不高。本文主要介紹近幾年光催化劑的研究進展,分類總結一些典型金屬氧化物光催化劑、非金屬氧化物光催化劑的合成技術發展以及光催化劑在廢氣、廢水處理等環保領域和分解水制氫等新能源領域的應用,并對光催化領域未來發展前景進行展望。

      1金屬氧化物光催化劑

      1.1納米TiO2系列光催化劑

      TiO2一直是光催化研究的重點,近年來,研究者通過外加場、離子攙雜、特殊形貌合成和氮改性等以提高TiO2系列光催化劑效率。賈慶等[16]在微波輔助下制備了B-N共摻雜的TiO2光催化劑,并將其用于亞甲基藍溶液的降解,結果表明,與常規方法制備的TiO2相比,反應進行4h后,亞甲基藍降解率提高11.6個百分點,達到91.6%。LiJi等[17]在硅基光電陰極上直接外延共生制備SrTiO3光催化劑并用于分解水實驗,結果表明,在開環電壓450mV時,可得到高達35mA•cm-2的光電流密度。SonHoang等[18]采用水熱法合成可見光相應的單晶TiO2納米線陣列,并在500℃氮摻雜改性,發現禁帶寬度從通常TiO2的3.2eV降至2.4eV,并且催化劑經過鈷處理后光電化學性能進一步提高,在波長為450nm的光照射下,光電轉化效率依然高達18%。LiuWen等[19]通過水熱法合成直徑(8~12)nm、長度500nm的TiO2納米管,并用于降解甲基環己烷,結果表明,反應300min后,TiO2納米管對甲基環己烷的降解率達到95%,而TiO2僅有72%。SatpatiAK等[20]采用原子層沉積法在ITO薄膜玻璃上制備了多孔TiO2光催化劑。

      1.2納米Bi2O3系列光催化劑

      單獨Bi2O3作為光催化劑活性較差,但當Bi與V共同存在形成BiVO4時,光催化活性大大提高。BerglundSP等[21]在氧氣氛中制備納米釩酸鉍復合光催化劑并用于光分解水,結果表明,在波長(340~460)nm的光照射時,光電轉化效率最高可達21%。ChoSK等[22]在BiVO4中摻雜鎢進行改性,通過XPS和XRD表征發現,鎢的加入改變了BiVO4原來的晶格結構,并在光分解水實驗中利用電化學掃描顯微鏡證明比BiVO4具有更高的光催化活性。EisenbergD等[23]將BiVO4與多孔TiO2材料結合,采用電沉積技術將BiVO4與TiO2沉積在FTO玻璃上制備成(80~120)nm厚的薄膜,將其用于光分解水,結果表明,光電流與BiVO4光催化劑相比提高5.5倍,并且可以穩定12h。林雪等[24]通過控制水熱合成過程的不同參數分別制備了球形、花形和線狀BiVO4光催化劑,并用于可見光下分解羅丹明B,結果表明,制備的BiVO4催化劑比普通TiO2催化劑效率高,在制備的不同形貌BiVO4催化劑中,球形BiVO4催化劑顯示出更好的光催化活性,羅丹明B溶液在可見光照射180min后被完全降解。除BiVO4外,研究者也大量研究了Bi2O3與其他金屬復合后的光催化性能。王繼武等[25]采用水熱法分別合成了具有高可見光活性的Cu和Ag摻雜的Bi2WO6光催化劑,光催化活性實驗表明,在一定條件下催化劑可以對含苯酚廢水實現完全降解。張琴等[26]從改變Bi2WO6的形貌出發,以BiOI為模板劑,在原位轉化條件下合成出中空微球結構的Bi2WO6光催化劑,并用以降解甲基橙,反應80min后甲基橙完全降解,而作為對比的片狀Bi2WO6催化劑僅降解了20%。LiuW等[27]通過制備含Bi2O3的不同配比的復合光催化劑陣列,并用電化學掃描顯微鏡測試其活性,結果表明,Cd-In-Bi復合光催化劑顯示出較高的光電活性。BhattacharyaC等[28]成功制備出Zn摻雜的Bi2WO6光催化劑并用于光分解水實驗,結果表明,當Zn與Bi2WO6物質的量比為0.12時,通過掃描電化學顯微鏡測得相比于未摻雜的Bi2WO6光催化劑,其光電流提高80%。

      1.3其他金屬氧化物光催化劑

      其他金屬氧化物如ZnO、CuO、Fe2O3和In2O3等也具有良好的光催化活性。張嘉等[29]利用溶劑熱法制備出具有中空結構的ZnFe2O4納米微球,光催化活性實驗表明,當羅丹明B的質量濃度為(5~10)mg•L-1時,降解率可達65%~75%。SherlyED等[30]在微波條件下制備出具有可見光活性的ZnO和CuO復合光催化劑,并用于降解2,4-二氯苯酚,結果表明,當Cu與Zn物質的量比為2∶1時,光催化活性最高,初始濃度為50mg•L-1的2,4-二氯苯酚光照240min后降解率達到82%。馮剛等[31]采用常壓回流方法,制備出具有體心立方結構的In2O3光催化劑,在紫外光照射下,2h內甲基紫溶液的脫色率達77.4%。LeonardKC等[32]通過制備復合ZnWO4/WO3催化劑提高其光分解水活性,當Zn物質的量分數為9%時,光電流最大,為單獨WO3光催化劑的2.5倍。HahnNT等[33]測試了α-Fe2O3薄膜的光分解水活性,發現在1mol•L-1的KOH溶液中420nm波長(可見光)的光照射下,其光電轉化效率可達10%。JangJS等[34]研究發現,在Fe2O3中摻雜物質的量分數分別為4%的Sn和6%的Be后,在0.2mol•L-1的KOH溶液中,其可見光的光電轉化效率由Fe2O3光催化劑的0.14%提高至1.2%。目前,針對金屬氧化物光催化劑的研究最多,并且為了提高光催化活性,常通過金屬離子摻雜等技術使晶體結構產生缺陷,從而達到避免光生空穴和光生電子快速復合的目的。

      2非氧化物光催化劑

      2.1CdS系列

      光催化劑CdS由于具有較低的帶隙(2.5eV),被廣泛研究并應用于太陽能電池等領域。CdS光催化劑的制備方法與金屬氧化物光催化劑類似,主要有水熱法、溶劑熱法、超聲法、模板劑法和電化學沉積法等。單一的CdS存在穩定性較差和容易腐蝕的缺點,因此,研究主要集中于通過對其進一步改性提高光催化性能和增加穩定性。段莉梅等[35]以硫脲和CdCl2為原料,以水和乙二胺為溶劑,通過溶劑熱法合成出具有六方相結構的CdS光催化劑,在酸性條件下降解羅丹明B溶液,結果表明,無論是在太陽光還是紫外燈照射下,羅丹明B降解率均超過90%。趙榮祥等[36]采用超聲法在不同離子液體中通過控制反應條件合成不同形貌的CdS光催化劑,主要包括粒狀、棒狀以及粒棒混合體等,并用于降解羅丹明B,結果表明,粒狀CdS具有最高的光催化活性,紫外和可見光照射下,反應120min后,羅丹明B降解率分別為97%和30%。趙榮祥等[37]在離子液體輔助下,采用水熱法制備出枝狀CdS光催化劑,紫外燈下反應280min后,甲基橙降解率達到85%。

      2.2CuS系列

      光催化劑SaranyaM等[38]采用水熱法,150℃下將配制好的混合溶液進行反應,結果表明,在不同反應時間內分別得到微米球、納米管和六邊形納米片等不同形狀的CuS光催化劑,將其中的CuS納米片用于降解亞甲基藍,結果表明,反應40min后,亞甲基藍降解率達87%。ZhaoL等[39]采用水熱法,在不同配比的水合甲醇混合溶劑中分別合成出空心CuS微球和多孔硫化銅微球。ZhangYW等[40]在160℃下采用水熱合成法,將CuS粒子均勻負載到石墨烯上制備出CuS/石墨烯復合光催化劑,與純CuS相比,CuS/石墨烯復合光催化劑表現出更高的光催化活性,以亞甲基藍為目標物,在可見光照射下,降解率達81%,而純CuS光催化劑僅有49%。QianJ等[41]在乙醇中先將石墨烯超聲分散,然后加入硝酸銅和硫代乙酰胺,利用水熱法120℃反應15h,成功制備出納米CuS和石墨烯復合光催化劑,光催化活性評價結果表明,該催化劑在H2O2中對亞甲基藍降解率達93.1%,遠高于普通CuS催化劑。

      2.3氮化物系列

      光催化劑氮化物光催化劑以其獨特的結構引起廣泛關注,如Ta3N5的禁帶寬度只有2.1eV,可見光活性相對較高。CongYQ等[42]在氨氣氣氛和800℃制備出Ta3N5納米管催化劑,在堿性溶液中進行光分解水實驗時,該納米管催化劑比一般的Ta3N5薄膜光電流高3倍多,當進一步用IrO2和Co3O4修飾后,其光催化活性又提高了4倍多。LinZZ等[43]采用熱聚合法經高溫焙燒合成出C3N4框架材料,將其用于光分解水實驗,結果表明,該框架材料光催化性能明顯優于傳統氮化碳。張健等[44]以KOH和雙氰胺制備出K摻雜的石墨型C3N4光催化劑,該催化劑特點是能帶可控,將其在可見光下用于羅丹明B的降解,結果表明,鉀離子摻雜顯著提高了石墨型C3N4光催化劑活性,降解速率常數提高6.4倍。

      3結語與展望

      隨著對光催化學科認識的不斷深入,研究者開始系統研究各類催化劑的制備及其光催化活性。以制備組成分,逐漸形成以TiO2、Bi2O3和ZnO等為代表的金屬氧化物,以CuS、CdS為代表的金屬硫化物,此外還有金屬硒化物和金屬氮化物系列等;以制備方法分,主要形成了以摻雜、負載、異形和外加場等為主的制備技術。在光催化劑應用方面,仍然主要用于有機物降解、光催化分解水制氫以及太陽能電池。隨著環保要求越來越嚴格,光催化在揮發性有機廢氣(VOCs)處理中有望扮演更為重要的角色。光催化由于反應條件要求較低,在針對低濃度VOCs處理方面比傳統的吸附、燃燒等手段具有不可替代的優勢,因此,光催化技術在這一領域的應用依然是今后的研究熱點。

      參考文獻:

      [3]付紅普,宜沛沛,高曉明,等.活性白土-Bi2WO6光催化劑的制備及其光催化降解含酚廢水[J].工業催化,2015,23(1):69-74.

      [5]賈博,楊柳,瞿鵬,等.水熱/溶劑熱法制備CuS及其復合光催化材料的研究進展[J].硅酸鹽通報,2015,34(2):420-427.

      [6]王學文,周力.分子篩負載硫化鎘光催化降解羅丹明B的研究[J].應用化工,2012,41(12):2057-2063.

      [16]賈慶,彭洋,鄭彥清,等.微波輔助制備B-N共摻雜TiO2催化劑及其光催化活性[J].工業催化,2015,23(10):752-757.

      [24]林雪,于麗麗,閆利娜,等.球形、花形和線狀礬酸鉍的可控合成及光催化性能[J].物理化學學報,2013,29(8):1771-1777.

      [25]王繼武,翟祥,高曉明,等.摻雜型Bi2WO6光催化劑的制備及光催化性能研究[J].工業催化,2014,22(3):206-210.

      [26]張琴,汪曉鳳,段芳,等.Bi2WO6中空微球的制備及其光催化性能[J].無機化學學報,2015,31(11):2152-2158.

      [29]張嘉,張立新.中空鐵酸鋅納米材料的制備及其光催化性能[J].現代化工,2015,35(2):91-94.

      [31]馮剛,陳彪,沈明,等.針狀In2O3微納材料的制備、表征及其光催化性能研究[J].化學研究與應用,2015,27(11):1734-1740.

      [35]段莉梅,崔海洋,趙偉強,等.硫化鎘納米材料對羅丹明B溶液的光催化降解性能[J].內蒙古民族大學學報(自然科學版),2013,28(3):259-261.

      [36]趙榮祥,李秀萍,徐鑄德.離子液體中不同形貌硫化鎘的合成及光催化活性[J].材料導報,2014,28(9):18-22.

      [37]趙榮祥,李秀萍,徐鑄德.離子液體輔助水熱法合成樹枝狀硫化鎘及光催化性能[J].材料工程,2014,28(2):7-12.

      [44]張健,王彥娟,胡紹爭.鉀離子摻雜對石墨型氮化碳光催化劑能帶結構及光催化性能的影響[J].物理化學學報,2015,31(1):159-165.

      作者:劉文 楊琦武 張媛 單位:中國天辰工程有限公司

      工業催化雜志責任編輯:馮紫嫣    閱讀:人次
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