Page 58 - 《精细化工》2023年第6期
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·1208·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

                 研究者们通过离子掺杂、异质结复合、加入助                              静磁场能够提供不变的洛伦兹力，提高光催化
            催化剂等方式，对压电材料进行改性，调节其压电                             体系的分散性，促进载流子分离。OKUMURA 等                   [96]
            光催化性能，提高超声辅助光催化效果。LAN 等                     [85]   采用 ZnO 在磁场作用下多相光催化降解亚甲基蓝，
            采用 La 掺杂的 BiFeO 3 为压电光催化剂，通过 La                    研究采用永磁体提供磁场产生磁场效应，ZnO 周围
            掺杂调节 BiFeO 3 的多铁性，控制温度保持在(25±                      的各种离子、自由基和吸附分子会受到磁场的扰动，
            5) ℃，能够在 30 min 内降解 94.5%的卡马西平，其                   提高了光催化效果。LI 等          [97] 在可见光和静置永磁体
            反应速率常数是光催化和超声催化之和的 2.2 倍。                          磁场同时作用下，采用 Mn 3 O 4 /γ-MnOOH 异质结降
            SUN 等  [86] 合成 MoSe 2 /Bi 2 WO 6 核壳球形催化剂，通         解诺氟沙星，60 min 内降解率为 98.8%，准一级反
                                                                                       –1
            过优化配比等方法，有效利用内建极化电场来提高                             应动力学常数为 0.0720 min 。在磁场的作用下，光
            对污染物的降解率，通过循环水控制温度，在模拟                             催化剂电荷偏移，促进载流子分离，另外，洛伦兹
            太阳光和超声波的共同作用下对双氯芬酸的降解率                             力促进了诺氟沙星与 Mn 3 O 4 /γ-MnOOH 间的吸引，
            在 60 min 内达到 99.9%，远高于单一光催化（60.5%）                 降低了反应活化能，提高了光催化活性。
            和压电催化（50.8%）。ZHENG 等            [87] 通过水热葡萄            动磁场提供大小方向改变的洛伦兹力，能控制
            糖还原制备 BaTiO 3 @C 核壳光催化剂，能够同时在                      粒子在光催化体系中的定向移动以及载流子在催化
            太阳光和超声波照射下将罗丹明 B 在 100 min 内完全                     剂中的流动，抑制载流子复合的同时提高自由基产
            降解。纯 BaTiO 3 带隙（E g >3.2 eV）较宽，光催化活                率，提高催化效果        [98] 。GAO 等 [92] 制备了 rGO/TiO 2
                                           4+
            性较差，与碳复合后 BaTiO 3 中的 Ti 部分还原为 Ti             3+    纳米带异质结，旋转永磁体为磁场，将磁场的洛仑
            并且增加氧空位，从而使得带隙改变，提高催化活                             兹力和内置电场共同作用促进了光生电子和空穴的
            性。碳壳层厚度为 1.4  nm 的催化剂具有最佳的压电                       分离和转移，其 40 min 内光催化降解甲基橙的效率
            光催化活性，适当厚度的碳壳层可有效地将污染物                             达到 89.0%，在相同的磁场条件下，比纯 TiO 2 提高
            分子吸附到催化剂表面，增加反应活性位点，提高                             了 34%。SHI 等  [99] 采用 Fe 3 O 4 @TiO 2 纳米粒子（NPs）
            催化效率。                                              （SMPC），通过磁场（H）调节提高磁性光催化剂
                 超声辅助光催化能够高效降解有机污染物，压                          的光催化活性，当磁场强度从 0.01 T 增加到 0.08 T
                                                               时，罗丹明 B 降解率从 96.4%提高到 99.6%，如图
            电催化剂的加入促进了两个场的耦合，具有广阔的
                                                               7a、b 所示。
            发展前景。但是超声波会造成噪音干扰，长期近距

            离地接触超声波会对人体组织细胞造成一定伤害，
            因此超声辅助光催化装置不能放置到人群密集的生
            活和工作场所，其实际应用受到限制。与热场相似，
            超声波产生的热量大部分不能被充分利用，长时间
            的发热反而会损害装置。因此，处理设备必须加入
            可靠的控温及隔音装置。对于超声辅助光催化的研
            究，应当探索更多的原位表征手段，研究在超声影
            响下半导体能带等发生的变化，探明超声辅助光催
            化的反应机制。除此之外，还应考虑超声场的多因
            素变量，深入对比分析不同条件下产生的降解效果，
            提高催化效率。
            1.5   磁场辅助光催化
                 磁场辅助也是一种有效提高光催化性能的方
            法，近年来受到越来越多的重视。磁场产生的洛伦
            兹力能够极化粒子的表面电荷，分散粉末光催化剂，
            暴露更多活性位点，促进自由基和污染物在催化剂
            表面的接触      [88] 。与此同时，洛伦兹力对电子和空穴
            的作用方向相反，在磁场作用下，载流子向相反方
            向迁移达到分离的目的           [89-92] 。另外，半导体中的电            图 7  SMPC 磁场辅助光催化技术示意图（a）及其在不
            子自旋态会影响催化剂的活性和选择性，而洛伦兹                                  同磁场强度下的光降解率（b）           [99]
                                                               Fig. 7  Schematic  diagram  of  SMPC  magnetic field assisted
            力能够优化自旋极化电子的排列，从而提高光催化                                   photocatalysis  (a)  and  its  photodegradation
            效果  [93-95] 。                                            efficiency at different magnetic field strengths (b) [99]
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