Page 38 - 《精细化工》2021年第11期
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·2184·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 38 卷

            化剂活性最高，制氢速率可达到 75.20 μmol/h。                       这种方法可以使衬底与 TiO 2 之间接触更好。采用浸
                 目前，使用 TiO 2 光催化制氢效率偏低，难以实                     涂法在 TNA 上得到 TiO 2 纳米粒子（TNP），可以补
            现工业化应用。因此，提高光催化剂可见光响应范                             偿 TNA 对染料的吸附。制备的 TNA/TNP 光阳极最
            围和量子效率是 TiO 2 光催化制氢研究的一个重点。                        大光电转换效率可达到 3.31%。在 10 次循环弯曲实
            同时，设计出直接利用太阳光的光催化反应器也是                             验后，该 FDSSCs 光电流还可达到初始值的 84%。
            十分必要的。                                                 无论是 DSSCs 还是 FDSSCs，在改善光电性能
            3.3   在废水处理方面的应用                                   方面均取得了一定的研究进展，具有广阔的应用前
                 TiO 2 的光催化水处理是目前最著名、最先进的                      景；但是对其研究的时间尚短，距离工业化应用还
            净化和氧化工艺之一。近年来，由于工业废水的严                             有很长的路要走，在催化剂稳定性和成本控制方面
            重污染，TiO 2 光催化水处理的研究主要集中在如何                         还有很大的提升空间。
            提高光催化剂性能并应用于生活污水、工业废水处                             3.5   在防晒、自清洁方面的应用
            理两方面。GNANASEKARAN 等           [22] 采用沉淀法和溶             1997 年，WANG 等     [26] 报道了纳米 TiO 2 与水接
            胶-凝胶法制备了 TiO 2 @Fe 3 O 4 纳米复合材料，结果                 触时受到紫外光照射会产生一个高度亲水和亲油的
            表明，TiO 2 @Fe 3 O 4 能以可见光作为激发光源，延缓                  表面，接触角迅速接近 0°。在微观上利用摩擦力显
            电子-空穴对的复合，使其具有一定的光催化活性，                            微镜（FFM）观察到金红石纳米 TiO 2 在紫外光灯照
            可用于生活污水处理和环境处理。李楠                   [23] 利用直接      射下，表面沿着(001)面方向排列形成有规则的亲水
            模板法制备了介孔结构 TiO 2 /ZSM-5 复合光催化剂，                    区，这就是 TiO 2 的超亲水特性。张太军等              [27] 采用有
            在甲基橙模拟印染废水降解的实验过程中发现，该                             机接枝和无机包裹两种改性方法制备了防晒纳米材
            复合催化剂对甲基橙的脱色率能够达到 99.55%，其                         料 SiO 2 -KH550/TiO 2 ，在亲水、亲油性能测试中，其
            多层的介孔结构不仅具有很大的比表面积、更多的                             可均匀地分散在油脂类化妆品中，从而提高涂抹化
            反应活性位点，而且还有利于该光催化剂的回收，                             妆品的舒适度。另外，在光催化性能测试中 TiO 2 光
            可以防止二次污染以及减少光催化剂的流失。另外，                            催化活性明显下降，显著降低了该产品在光催化作
            铅、汞、铬等重金属离子也会在纳米 TiO 2 光催化剂                        用下对皮肤表层细胞的损伤。另外，随着经济的高
            表面与光生电子发生还原反应而被去除，能有效解                             速发展众多高层建筑拔地而起，这给玻璃幕墙的清
            决重金属离子污染的问题。                                       洁工作带来较高的费用和风险，而纳米 TiO 2 在自清
                 利用太阳光作为光源进行废水处理兼有经济、                          洁玻璃方面的应用也可以保持建筑物长久洁净，从
            环保的优点，这对生态环境保护与可持续发展具有
                                                               而减少高楼清洁作业的工作量，降低保洁方面的费
            重大意义。尽管存在回收利用率底、处理成本高等                             用开支。
            弊端限制了其实际应用，但对于难以处理的污染物
            如二英有着极佳的降解效果。因此，可将 TiO 2 光                        4  TiO 2 光催化剂改性方法
            催化法与其他污水处理方法联合使用，达到高效处
                                                                   TiO 2 光催化剂的发展受到以下因素的限制：
            理的目的。随着研究的不断深入，纳米 TiO 2 光催化
                                                               （1）TiO 2 光催化剂具有较宽的带隙能量，只能由紫
            剂在环境治理领域的应用将会愈来愈广。
            3.4   在太阳能电池方面的应用                                  外光激发，从而导致太阳能的利用效率较低；（2）光
                 在过去 20 年中，DSSCs 由于制造简单并且性能                    生电子和空穴很容易复合，使量子效率变得很低，
            较好，受到了广泛的关注。研究发现，以金属或聚                             从而影响光催化效率。为了充分利用太阳光，提高
            合物等柔性材料为基底的柔性染料敏化太阳能电池                             TiO 2 光催化剂效率，可以通过离子掺杂、复合半导
            （FDSSCs）比刚性 DSSCs 具有更低成本、可弯曲、                      体、染料敏化、贵金属沉积等改性方法来减小 TiO 2
            应用范围广、便于运输和易大面积加工等优点。叶                             半导体的带隙，降低载流子的复合重组速率和提高
            信余等    [24] 采用模板辅助法制备了 TiO 2 /SnO 2 空心球，           界面电子的传递速率，从而提高在可见光条件下的
            将该样品作为光阳极组装成 DSSCs。光伏性能测试                          光催化活性。目前，对于 TiO 2 光催化剂的改性从掺
            结果表明，其最大光电转换效率可达到 7.72%。                           杂物种方面大致可分为金属离子掺杂、非金属离子
            TiO 2 /SnO 2 空心球具有比表面积高和光散射性能好                     掺杂和多元共掺杂三大类。三类掺杂均是通过掺杂
            等特点，可以负载大量的染料以及提高光电流密度。                            产生晶格缺陷、取代晶格氧等方式来改变粒子表面
            加入锐钛矿纳米晶形成的双层结构使光电转换效率                             结构和性质，促进光生电子和空穴的分离，并且掺
            进一步提升至 8.43%。XIAO 等           [25] 利用阳极氧化法         杂浓度均存在最佳值。同时，三类掺杂也表现了各
            在柔性钛丝上生长有序的 TiO 2 纳米管阵列（TNA），                      自不同的特性：对于金属离子掺杂，所选金属离子
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