Page 55 - 《精细化工》2023年第6期

第 6 期 周添红，等: 外场辅助光催化机理及降解有机污染物研究进展 ·1205·

上，实现热载流子的有效分离和收集利用。ZHAO 热释电材料包括 ZnO、ZnSnO 3 、BaTiO 3 、WO 3
等 [54] 制备了 Au/g-C 3 N 4 /Co 3 O 4 等离子体异质结，以 等，能够在具有时间温度梯度的热场下发生自发极
氙灯光源（500 W，λ﹥420 nm）为热源，光热催化 化，建立内部电场，提高载流子分离效率 [56] 。CHEN
还原 Cr(Ⅵ)和氧化降解双酚 A 的效率分别达到了 等 [57] 在紫外光和 20~65 ℃热循环条件下，采用热释
85.6%和 90.3%。该复合催化剂的表观量子效率（QE） 电材料 ZnSnO 3 催化降解罗丹明 B 的效率可达
可以达到 32.6%，是 Co 3 O 4 的 3.5 倍，原因在于 Au 98.1%，远高于单一光催化的 76.8%和热分解的
能够通过 LSPR 效应产生高能载流子，并且 Z 型异 20.2%，如图 4a 所示，光热催化的准一级反应动力
质结的形成促进了载流子高效分离和转移。ZHOU 学常数达到 0.039 min 。在热释电 ZnSnO 3 纳米粒子
–1
等 [55] 以零维/二维（0D/2D）Cu 2–x S/g-C 3 N 4 等离子体 中，自发极化（P s ）会导致内部和表面两侧存在极
为光催化剂、氙灯光源（300 W，模拟太阳光）为 化电荷。在热力学平衡（ΔT=0）中，ZnSnO 3 是电
热源、在 20 min 内能够完全降解左氧氟沙星（LVX） 中性的，因为表面吸附的电荷屏蔽了催化剂中束缚
（图 3a），•OH 是主要的活性物质。Cu 2–x S 的 LSPR 的极化电荷。在热循环下（ΔT≠0），ZnSnO 3 的极
效应提高了催化剂对紫外光（UV）、可见光（Vis）、 化强度增加或降低，可诱导其表面产生自由基。如
红外光（NIR）的吸收性能，提高了对太阳能的利 图 4b 所示，在热释电效应下，温度变化会引起
用率。与加入 Ag、Au 的催化剂相比，加入 Cu 2–xS 的 ZnSnO 3 中电偶极矩的变化，产生的电极化促进了光
催化剂光吸收性能更好（图 3b），而且催化剂在近红 生电子-空穴对的分离，显著提高污染物矿化降解率
外光下也具有催化活性，300 min 降解率达到 47.02%。 和能源利用效率。

图 4 热释电半导体 ZnSnO 3 不同条件下的降解速率（a）
[57]
注：NSs 为纳米片；NDs 为纳米点；Cu 2–xS（x 一般为 0~1）为 及其光热催化原理图（b）
硫化铜不同价态的混合体；CSCNNs-8 为 Cu 2–xS NDs 的理论质 Fig. 4 Degradation rate under different conditions of
量分数为 0.8%；AgCNNs-8 及 AuCNNs-8 中的 8 代表 Ag 和 Au pyroelectric semiconductor ZnSnO 3 (a) and its
[57]

schematic diagram of photothermal catalysis (b)
的质量分数为 0.8%。
图 3 0D/2D Cu 2–x S/g-C 3 N 4 （CSCNNs-8）等离子体光催 表 1 总结了热场辅助光催化降解污染物的部分
化降解左氧氟沙星原理图（a）及其与 g-C 3 N 4 （CN）、 研究应用。光热催化具有良好的降解效果，但是光
Ag/g-C 3 N 4 （AgCNNs-8）、Au/g-C 3 N 4 （AuCNNs-8） 热催化的热量不可避免地会散失，从而无法被充分
的紫外-可见漫反射光谱（b） [55] 利用。因此，光热催化需要使用控温装置控制热量
Fig. 3 Schematic diagram of the 0D/2D Cu 2–x S/g-C 3 N 4
(CSCNNs-8) plasma photocatalytic degradation of 的输入，节约资源的同时保证其可靠性，分析研究
levofloxacin (a) and its UV-Vis diffuse reflectance 热场供能的最佳条件，提高热量利用率。另外，通
spectra with g-C 3 N 4 (CN), Ag/g-C 3 N 4 (AgCNNs-8) 过分析催化剂的构效关系，研发具有高效光热效应
and Au/g-C 3 N 4 (AuCNNs-8) (b) [55]