Page 60 - 《精细化工》2023年第6期
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·1210·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

            但都能显著提高光催化效率，总结如表 3 所示。                            场能量充分转化为化学能，进一步提高催化效率。
                 电场通过外加电压促进载流子分离。热场通过                          电场中可采用导电性较好的催化剂，能更好地促进
            提高催化体系的热能提高催化活性，促进反应发生。                            载流子分离。热场中采用具有光热效应的材料以及
            微波场具有特殊的热效应，能够快速均匀加热并且                             具有热释电效应的材料，能够将热能转化为化学能
            优先加热固体催化剂。另外，微波具有非热效应能                             而充分利用。微波场除了能够采用具有光热效应的
            够直接与水中物质反应，激发催化剂活性，促进自                             材料外，还可利用具有优异微波吸收性能的材料，
            由基产生。超声波具有机械效应、空化作用和热效                             提高催化剂局部温度，有效利用微波能量。超声场
            应，能够促进粒子间碰撞，提高氧化还原反应的效                             可以采用具有压电效应的材料，压电材料在超声的
            率。磁场产生的洛伦兹力能够促进催化剂分散以及                             机械作用下产生压电势，从而促进载流子分离。磁
            载流子复合，改变半导体的电子自旋态，促进光催                             场可采用具有磁电耦合效应的材料或者构建对磁场
            化反应的发生。                                            具有强烈响应的材料，在变化磁场中产生内建电场，
                 每种外场辅助技术可采用适合的催化剂，将外                          提高催化效果。

                                             表 3   不同外场辅助光催化技术的比较
                             Table 3    Comparison of different external field assisted photocatalytic techniques
             辅助外场       外场形式                 特征                催化材料             优势                缺点
             电场      外加电源或 其 他 采用外加电场促进光生电子和空 导电效果好的材料                     效率高、矿化彻底  装置复杂，提高运行和管
                     条件产生的电场       穴的分离                                                   理成本；催化剂负载到电
                                                                                          极上会减弱光催化优势
             热场      外加光源或 水 浴 利用外加热能，提高反应物活性， 光热效应或热释电 可直接利用光源热 热量无法充分利用，热量
                     控温装置          加速物质迁移，提高活性物质的 效应的材料                    量              输入难控制
                                   产率
             微波场     微波炉           具有特殊的热效应以及非热效 具有光热效应或微 加热速度快、能量 设备使用和维护成本都
                                   应，使粒子运动加快，促进自由 波吸收性能的材料                 利用率高           较高
                                   基的产生
             超声场     超声清洗机 或 超 超声携带能量，还能通过空化作 具有压电效应的材 能充分发挥两个技 噪音干扰限制其实际应
                     声探头           用，机械效应，促进载流子分离， 料                       术的优势           用，持续发热损害装置
                                   氧化还原反应发生
             磁场      永磁体或亥 姆 霍 磁场的洛伦兹力可分散催化剂、 具 有磁电 耦合效 结构简单、易控制 强磁体存在安全隐患，亥
                     兹线圈           极化粒子的表面电荷促进载流子 应、对磁场具有强 且发热较少                          姆霍兹线圈成本较高
                                   分离，优化自旋极化电子的排列 烈响应的材料

                 同时，场之间还存在协同作用。如微波场中存                             （1）加强外场辅助光催化技术在理论上的研究，
            在特殊的热效应，超声场中的热效应是超声场辅助                             尤其是在分子及原子水平的催化反应机理，研究外
            光催化机理的一部分。热场能够通过温度变化在热                             场和光场的耦合机制和转化效率，在理论上奠定坚
            释电材料中产生内部电场，超声场能够通过机械振                             实基础；
            动在压电材料中产生内部电场，磁场能够通过变化                                （2）深入探究半导体光催化材料与在外场下的
            的洛伦兹力在磁电材料中产生内部电场。                                 催化效果之间的构效关系，设计开发在外场中具有强

                                                               烈响应同时具有高效光催化能力的半导体催化材料；
            3    结束语与展望
                                                                  （3）开发更加精确的表征手段，尤其是采用更
                 综上所述，外场辅助光催化技术通过引入外场                          多原位表征技术，深入探索外场辅助的作用机理以
            能量能够从提高溶液传质效率、抑制载流子复合、                             及光催化剂在外场的响应机理；
            提高自由基产率等途径提高光催化效率。外场的引                                （4）外场辅助光催化技术降解有机污染物的研
            入简单、条件可控、过程无污染，可推动光催化技                             究应充分与实际处理的需求结合，提升降解效率和
            术的深远发展，能够应用于包括高效降解有机污染                             效果的同时降低经济和管理成本，为未来该技术的
            物等诸多领域，具有广阔的发展空间和应用前景。                             大规模实际应用奠定基础。
            外场辅助光催化技术已经得到了广泛研究，取得重
                                                               参考文献：
            要进展，但是目前仍需要解决一些挑战性的问题。
                                                               [1]   DI CESARE A, ECKERT E M, D'URSO S, et al. Co-occurrence of
            外场辅助光催化技术未来需从以下 4 个方面进行深
                                                                   integrase 1, antibiotic and heavy metal resistance genes in municipal
            入研究：                                                   wastewater treatment plants[J]. Water Research, 2016, 94: 208-214.
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