Page 69 - 《精细化工》2023年第8期

第 8 期 宋晶璟，等: 光催化涂层净化室内 VOCs 研究进展 ·1683·

涂层在太阳光下对 VOCs，如甲醛、甲苯的去除率可
达 90%以上。
TiO 2 仅在紫外光下有活性，而紫外光只约占太阳
光辐射能量的 5%，可见光占太阳光辐射能量的 43%
左右，因而拓展 TiO 2 的光响应范围，是提高其光催化
活性的重要途径之一。目前，针对 TiO 2 光催化涂层的
改性，主要在于如何拓展光响应范围、降低电子-空穴
复合率和增强涂层对 VOCs 的物理吸附性能。
3.1.2 掺杂型 TiO 2 光催化涂层

将非金属、金属（过渡金属离子和稀土金属离子） 图 2 Pt/P25-SE-TENG 降解甲醛装置示意图（a）和有无
SE-TENG 负载的 Pt/P25 光催化降解甲醛过程的浓
和贵金属（Pt、Au、Ru、Pd 等）掺杂或共掺杂到 TiO 2
光催化剂中 [51-53] ，可以拓展 TiO 2 的光响应范围、降低 度变化（b） [54]
Fig. 2 Setup illustration of degradation of formaldehyde by
电子-空穴复合率，从而提高涂层的 VOCs 净化能力。
Pt/P25-SE-TENG (a) and concentration change in
TiO 2 中的晶格氧易被非金属如 C、N 等元素取代，导 formaldehyde photocatalytic degradation process by
致 TiO 2 的晶格类型发生改变，使其具有可见光活性。 Pt/P25 with and without SE-TENG (b) [54]

其中，N 是最合适和最常用的掺杂剂，因为 N 2p 轨 3.1.3 复合型 TiO 2 光催化涂层
道恰好位于 O 2p 轨道上方，因此 N 掺杂 TiO 2 光催 半导体复合是指将两种不同禁带宽度的半导体
化剂的吸收带可以红移到可见光区域。金属离子掺 耦合制备不同种类的异质结，因其价带和导带位置差
杂可以改变 TiO 2 半导体结晶度或在晶格中引入缺陷 异，光生电子与空穴可以相互转移，扩大光吸收波长
位，抑制电子-空穴对复合，从而提高光催化活性， 的范围，进而有效提高光催化效率。 WANG 等 [55] 在棉
3+
如 Fe 掺杂的 TiO 2/硅酸钾涂料去除甲醛的平均速率 织物上构建 TiO 2/g-C 3N 4 光催化涂层，经优化涂层层数
2
可达 20.3 mg/(m ·h) [37] 。 （x BL，x 为涂层的层数）后，发现含 7 层涂层（7 BL）
贵金属的掺杂可使光生电子转移至能级较低的 的织物具有良好的稳定性和光催化活性，在阳光照射
贵金属，使光生电子-空穴对发生分离，从而提高光 下达到吸附平衡浓度（C）时，与初始浓度（C 0 ）相
催化活性。如 FENG 等 [54] 将单电极摩擦电纳米发电 比，可去除 90%以上的甲苯（图 3）。根据 TiO 2/g-C 3N 4
机（SE-TENG）和光催化技术相结合，提出用于去 光催化涂层去除甲苯的动力学曲线发现，涂层织物的
除 VOCs 的自供电过滤新方法。首先，将 Pt/P25 嵌 反应速率常数远大于粉末光催化剂，证实在棉织物上
入涂有聚合物不锈钢丝的表面，然后将这些不锈钢 涂布粉末光催化剂是提高光催化效率的一种好方法。
丝编织成过滤网，最后在过滤网上连接 SE-TENG 近年来，研究人员将石墨烯及石墨烯基衍生物
（图 2a）制得光电催化装置。该装置对甲醛的去除 〔石墨烯量子点（GQDs）、氧化石墨烯（GO）、还
率比未连接 SE-TENG 的去除率提高了 1 倍（图 2b， 原氧化石墨烯（rGO）〕等和 TiO 2 纳米材料复合改性
其中， C 0 为初始浓度，C 为平衡浓度），在此过程中， 制备新型光催化涂层。CHEN 等 [56] 采用辅助水热法制
SE-TENG 可以在过滤网上产生强电场，实现静电吸 得 GO/TiO 2-Bi 2O 3 涂层（GO-T-B），将其用于 NO 的去
附效应，并且这一强电场有助于电子-空穴对的分离， 除，在 60 min 内对 NO 的去除率达 78.5%。这是由于
GO-T-B 涂层上 TiO 2 导带上的电子移动到 Bi 2O 3 的导
并促进电荷迁移到光催化剂表面，从而表现出增强的
带，空穴被 Bi 金属捕获和传输，然后这些电子和空穴
光催化效应。
–
与 O 2 和 H 2O 反应，形成强氧化自由基（•O 2 、•OH 等），
–
–
继而攻击 NO 形成 NO 3 ，最终使 NO 以 NO 3 的形式被
去除。
此外，除了对光催化剂进行改性以提高光催化涂
层效率以外，增强光催化涂层的吸附性能也是提高光
催化活性的一种有效方式。在光催化剂中加入活性炭、
沸石等多孔纳米粒子或采用比表面积大且孔道相通的
光催化材料，可有效增强吸附性能。LIU 等 [57] 制备了
g-C 3N 4-TiO 2 涂层并添加废沸石，制得复合光催化涂层

用于甲醛降解，发现废沸石的加入有利于涂层对甲醛