Page 59 - 《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 ·1209·

磁场强度的提高使极化的催化剂定向排列，改
变了其光学结构，促进了催化剂对太阳光的吸收，
提高了催化剂产生、分离和转移光生载流子的能力。
研究发现，交流磁场的促进作用并不是随着交流磁
场强度的增加而增加，而是先增加后减弱 [93] 。LU
等 [100] 采用外加磁场提高 CoFe 2 O 4 /MoS 2 异质结对刚
果红的光催化降解效率，当外加磁场为 0.15 T 时，
光催化降解率最高，达到 96.6%。外加磁场可以有
效调节该异质结的电阻、带隙能、光生电子-空穴对
的复合时间和分离效率，极大提高其光催化活性。
除此之外，构建对磁场具有强烈响应的光催化
剂能够更好地利用磁场辅助提高光催化效率。
MUSHTAQ 等 [101] 制备了纳米八面体（NO）、纳米立
方体（NC）和纳米线（NW）3 种形状的 CoFe 2 O 4 @
BiFeO 3 核壳纳米粒子，作为催化剂磁光催化降解罗
丹明 B。如图 8a、b 所示，磁光催化 60 min 的降解
率达到 99%，并且纳米八面体催化剂的催化效果最
佳。和单一光催化相比，加入交流磁场的光催化的
准一级反应动力学常数提高了 2.3 倍。BiFeO 3 （BFO） ME 为磁电效应
具有铁电性和反铁磁性，机械振动和磁场变化会使 图 8 CoFe 2 O 4 @BiFeO 3 核壳纳米粒子多物理场降解罗丹
明 B 废水示意图（a）及其光磁降解率（b） [101]
其产生电势，提高催化效果。CoFe 2 O 4 （CFO）具有
Fig. 8 Multi-physics field degradation of Rhodamine B
磁致伸缩性，磁场变化会使其形状发生变化；二者 wastewater by CoFe 2 O 4 @BiFeO 3 core-shell
结合形成核壳结构，CoFe 2O 4 核感受磁场变化产生的 nanoparticles (a) and their photomagnetic degradation
[101]
应变会传递到 BiFeO 3 壳上，从而提高催化效果 [102-105] 。 rate (b)
除了磁场辅助光催化，该催化剂还能够应用于超声辅 表 2 总结了部分磁场辅助光催化降解污染物的
助光催化领域，适用于多物理场下催化降解污染物。 应用。

表 2 部分磁场辅助光催化降解污染物的应用
Table 2 Applications of partly magnetic field-assisted photocatalytic degradation of pollutants
降解率/%（时间
磁场 光源 催化剂 污染物 k/min –1 参考文献
/min）
旋转永磁体 40 W UV 灯 50 mg rGO/TiO 2 100 mL 质量浓度为 89.0（40） 0.0340 [92]
2
（0.16 T、900 r/min）（20 mW/cm ） 10 mg/L 甲基橙
静态永磁体 UV-LED 光源 1 mg ZnO 3 mL 50.0（85） — [96]
（0~0.7 T） （500 mW/cm ） 0.01 mmol/L 亚甲基蓝
2
静置永磁体 可见光 60 mg Mn 3O 4/γ-MnOOH 300 mL 质量浓度为 98.8（60） 0.0720 [97]
（0.03~0.09 T） 10 mg/L 诺氟沙星
交流磁场 模拟太阳光光源 30 mg Fe 3O 4/TiO 2 50 mL 0.1 mmol/L 罗丹 99.6（35） 0.2140 [99]
（0.08 T） 明 B
交流磁场 氙灯光源（300 W） 30 mg CoFe 2O 4/MoS 2 100 mL 质量浓度为 96.6（60） 0.0457 [100]
（0.15 T） 20 mg/L 刚果红
交流磁场 光源 20 mg CoFe 2O 4@BiFeO 3 20 mL 质量浓度为 99.0（60） ~0.1200 [101]
（15 mT、1.1 kHz） （300~600 nm） 2 mg/L 罗丹明 B

磁场以永磁体或者亥姆霍兹线圈为场源，结构 以推动该技术的进一步发展。
简单、容易控制且发热较少，是外加场的良好选择，
2 不同外场辅助技术的比较
磁场辅助光催化在未来将有很好的发展。但是目前
对磁场辅助光催化的机理研究还不够清晰，还需从 外场辅助光催化技术通过将外场能量转移到光
微观角度进一步深入分析作用机理。另外，开发合 催化体系，提高光催化效率 [23] 。每种外场辅助光催
适的表征手段，探究构建具有磁场响应的光催化剂 化技术具有不同的机理，具有相应的优势和缺点，