Page 41 - 《精细化工》2021年第11期
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第 11 期                           李   宁，等: TiO 2 光催化剂的研究进展                               ·2187·


            面上选择性沉积纳米 MoS 2 ，主要暴露的是高活性                         杂量的 Ag-TiO 2 光催化剂，Ag 在该复合光催化剂表
                                                                            0
            (001)面。MoS 2 @TiO 2 复合材料（选择性沉积）显示                  面以单质（Ag ）形式存在，有效地降低了电子-空
            出高的光催化活性，MoS 2 负载量为 15%（质量分数）                      穴对的复合，而空穴与 TiO 2 表面的—OH 作用生成
            的复合材料的制氢速率高达 2.16 mmol/(g·h)，分别                    具有强氧化性的•OH。该复合催化剂在紫外光照射
            比纯 TiO 2 纳米线和 MoS 2 @TiO 2 复合材料（随机沉                下对罗丹明 B 的降解率可达到 91%，是纯 TiO 2 的
            积）高 32 倍和 3 倍。此方法对太阳能利用效率高，                        1.18 倍。OUYANG 等   [47] 使用化学还原方法将负载质
            是一种具有应用前景的制氢技术。                                    量分数为 1%~5%的 Ru 基催化剂沉积到高度结晶的
                 构建复合半导体能在很大程度上提高 TiO 2 光催                     锐钛矿载体中。在可见光区，RuO 2 表面的等离子体
            化材料的催化性能，但目前对 TiO 2 复合半导体的研                        共振效应可显著改善催化剂的光学性质。此外，Ru
            究仍存在一些不足，例如在提高光催化性能方面只                             的表面浓度以及 RuO 2 -TiO 2 界面效应也是影响光催
            集中在热处理温度及各组分比例的问题上，而对催                             化剂活性的重要因素。结果表明，负载质量分数为
            化剂本身的性质和结构的变化并没有深入涉及。                              3%的 Ru 基催化剂的光催化活性最高，在紫外光照
            TiO 2 复合半导体光催化材料的进一步研究需要考虑                         射下其量子效率可达到 3%。
            对复合方法进行改进，控制缺陷和杂质含量，并提                                 目前，制备的贵金属/TiO 2 催化剂的光催化性能
            高材料的稳定性。                                           比纯 TiO 2 有一定程度的提高，但是贵金属/TiO 2 催
            4.5    染料敏化                                        化剂中贵金属大多是以金属态形式存在，这使得改
                 染料敏化能够有效扩宽 TiO 2 对近红外光和可见                     性后的 TiO 2 红移程度并不大，对太阳光利用率也较
            光的吸收光谱范围，提升载流子分离效率，增强其                             低。此外，在进行贵金属沉积时，贵金属在 TiO 2 表
            光催化活性。                                             面往往分布不均匀，导致复合催化剂的制备过程重
                 1997 年，FANG 等   [43] 通过酞菁和卟啉的化学吸              复性很差，难以进行大规模工业化生产。尽管目前
                                                               对于贵金属沉积 TiO 2 制备光催化材料的报道比较
            附改性 TiO 2 ，发现染料敏化可以有效地拓宽 TiO 2
            的光电流谱和吸收光谱。MENG 等               [44] 通过改进的热        少，但是随着研究的进一步深入，该催化剂也将会
            回流工艺成功制备了负载在 TNT 表面的 Fe(Ⅲ)介-                       具有较好的发展前景。
            四(4-羧苯基)卟啉。该复合材料在可见光下可降解
                                                               5    结语与展望
            90%以上的亚甲基蓝，经 6 次循环后仍具有很好的
            稳定性。CHOWDHURY 等          [45] 利用曙红染料对 TiO 2            TiO 2 光催化是一种环境友好的新型多相光催化
            进行敏化，该催化剂在可见光下成功实现了对 Cd(Ⅱ)                         技术，在抑菌抗癌、氢气制备、污水处理、防晒、
            的还原。曙红染料在 TiO 2 表面的掺入使 TiO 2 带隙减                   自清洁等领域有着广泛的应用前景，因而受到越来
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            小了约 1 eV。在 pH=7.0 和 100 mW/cm 光强密度条                越多的关注。目前，TiO 2 光催化剂仍存在波长响应
            件下，在 3 h 内实现了 Cd(Ⅱ)的完全光还原。在较                       范围较窄、太阳能利用率低、催化活性低等问题。
            低可见光强密度下，用曙红染料敏化的 TiO 2 可以观                        本文讨论了 TiO 2 光催化机理，总结出催化材料的晶
            察到 Cd(Ⅱ)光还原的最高表观量子产率（约 0.3%）。                      型、粒径和缺陷是影响 TiO 2 光催化活性的重要因素，
            该法缺点是有机污染物与敏化剂之间存在竞争吸                              指出可以通过离子掺杂、复合半导体掺杂、染料敏
            附，导致有机污染物降解过程十分复杂，对催化剂                             化、贵金属沉积等方法拓宽 TiO 2 催化材料的光响应
            的制备提出了更高要求，因而染料敏化改性 TiO 2 催                        范围、提升载流子分离效率、降低电子-空穴对的复
            化剂在实际应用中受到了很大限制。另外，还存在                             合，进而有效提高光催化效率。
            敏化剂被 TiO 2 光催化降解的问题。这些都是染料敏                            目前，开发的各种光催化产品仍未达到预期的
            化方法需要进一步改进的方向。                                     性能，难以实现大规模的工业应用。因此，TiO 2 光
            4.6   贵金属沉积                                        催化技术的未来发展取决于它是否能够实现可见光
                 金属与半导体表面接触的时候，载流子会发生                          响应、催化活性高、寿命长、吸附容量大等特性目
            重新分布，电子从费米能级高的 n 型半导体迁移到                           标。需要继续加深对 TiO 2 光催化反应机理的理解，
            费米能级较低的金属，直到它们的费米能级相同为                             并提高 TiO 2 催化剂的制备水平和催化性能。将来的
            止，这导致肖特基能垒的产生，进而变成捕获激发                             光催化技术研究应主要集中在以下几个方面：对机
            电子的陷阱，光生载流子也被分离，从而阻止了电                             理的深入理解、具有较宽光响应范围和量子效率高
            子-空穴对的复合。                                          的 TiO 2 光催化材料的制备、光催化氧化反应器的设
                 朱晓东等    [46] 采用溶胶-凝胶法制备了不同 Ag 掺               计和新型光催化剂的研发等。
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