Page 54 - 《精细化工》2023年第6期
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·1204·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

            即可促进内部光生电子和空穴向薄膜或薄片两侧迁                                 PEC 是目前高级氧化技术的研究热点之一，具
            移，提高光催化反应的效率             [31] 。这一技术无需加入            有效率高、矿化彻底的优势，具有广阔的发展和应
            对电极，仅需在光催化剂两侧施加电压，可降低成                             用前景。在 PEC 中，利用导电性能较好的光催化剂
            本。PAN 等    [32] 构建了具有不同金属（如 Pt、Pd 和                能够获得更好的催化效率。然而，加入外部电路会
            Au）掺杂的 TiO 2 纳米管薄膜，施加较小的外部电压                       使装置变得复杂、运行和管理成本增加。且光催化
            且无需加入对电极即可有效抑制光生载流子的复                              剂被负载到电极上或者制成薄膜，减小了光催化剂
            合，从而显著提高光催化效率，该材料可用于液相                             的光吸收面积和与污染物的接触面积，失去了粉末
            或气相反应。                                             催化剂的优势      [38-39] 。所以，PEC 应开发新型光电催

                                                               化电极材料，在降低成本的同时保证催化性能。
                                                               1.2    热场辅助光催化
                                                                   光热催化是利用热能提高催化剂活性，加速物
                                                               质的迁移，从而提高活性物质的产率，具有更高的
                                                               降解速率及矿化程度，效果优于光、热单一催化效
                                                               果之和   [40] 。该技术已广泛应用于饮用水消毒、疾病
                                                               治疗、CO 2 还原、H 2 制备、挥发性有机化合物（VOCs）
                                                               治理等领域     [41-46] 。光热催化可以采用光源为热源，
                                                               有效利用红外光中的能量来提高太阳能的利用率。
                                                               光热催化可以采用具有光热效应的催化剂或者具有
                                                               热释电效应的催化剂来提高光催化效率。
                                                                   光热效应是指催化剂能够有效吸收光子能量，
                                                               克服反应活化能，在光激发下非辐射衰变直接产生
                                                               比光生载流子能量更高的热电子，参与到催化反应
                                                               中 [47] ，如果热电子没能被充分利用，其能量会转移
                                                               给附近的反应物分子，从而提高催化剂/反应物界面

                                Time/min                       的局部温度，进而激发其反应活性，提高迁移速率，
            图 2   WO 3 /Au/FeOOH 纳米板光阳极的光电催化机理示                从而促进分子间的反应          [48-51] 。贵金属纳米粒子（Au、
                  意图（a）及不同催化剂对 TC-HCl 的光电催化降                   Ag、Pt）是传统的光热催化剂，通过局域表面等离
                  解率（b）    [30]
            Fig. 2    Schematic diagram of photocatalysis mechanism of   子体共振效应（LSPR）产生高能热电子。除此之外，
                   WO 3 /Au/FeOOH nanoplate  photoanode (a) and   研究者发现，某些半导体材料（Cu 2–xS、Bi 12CoO 20 等）
                   photoelectrocatalytic degradation rate of TC-HCl   通过调节载流子浓度也能够产生光热效应           [52-53,55] 。
                   over different catalysts (b) [30]                        [52]
                                                                   WANG 等     制备了 Bi 12 CoO 20 催化剂，在模拟
                 除此之外，将电源两极置于光催化装置中，通                          太阳光照射下对苯酚的降解率约为 TiO 2 （平均粒径
                                                                                                     2+
                                                                                          3+
            过施加偏压的方法也可以直接提高光催化效果。                              25 nm）的 3 倍。热效应使 Co 转化为 Co ，构建
            ZHAO 等   [33] 以分层 TiO 2 微球为光催化剂，铂丝和石               了载流子转移的通道，改变了能带结构，提高了活
                                                                                     –
            墨棒为电场的阴阳两极，光电催化降解制革废水中                             性物质产率。•OH 和•O 2 对应的电子顺磁共振波谱
            的三丁基锡（TBT），其 120 min 对 TBT 的降解率为                   （EPR）信号在 60  ℃比在 25  ℃分别约高 4 倍和 2
                                                     –1
            100%，准一级反应动力学常数为 0.0488 min ，研                     倍，说明光热效应显著促进了活性物种的产生。
            究表明，电场的加入显著提高了光催化效率。                               WANG 等  [53] 采用三维花状 CuS 为催化剂，以模拟太
                                                                                     2
                 以上均采用外加电源的传统方式构建光电催化                          阳光光源（光强 10 kW/m ）为热源，光热催化降解
            体系，还可以利用压电效应和摩擦起电效应等方法                             亚甲基蓝，其光热催化降解速率比单一光催化提高
            间接产生电场，提高光催化效率                [34-36] 。YOU 等 [37]  了212.7%，准一级反应动力学常数（k）达到0.222 min 。
                                                                                                          –1
            采用 Pr、Mn 掺杂的铁酸铋纳米纤维（BiPrFeMnO 3 ）                  作为光热转化介质，CuS 能够吸收热量产生热电子，
            通过磁力搅拌即可产生很大的压电势，压电光催化                             实现对亚甲基蓝的高效降解。另外，该催化剂具有
            在 25 min 内能完全降解罗丹明 B，对应的速率常数                       三维结构，大的比表面积，促进了光吸收，同时增
                        –1
            为 0.1352 min 。优异的铁电极化性能和优良的纳米                      加了与污染物的接触面积，提高了催化效率。
            纤维结构使得催化剂可以有效地产生更多的•OH，                                将光热材料与半导体复合构建异质结可建立内
            从而具有优异的压电光催化性能。                                    部电场，促使热电子从光热材料转移到其他半导体
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