纳米光催化剂研究现状与展望

随着我们国家经济的不断发展, 生态环境的污染呈现出不断恶化的趋势, 各种环境污染事件开始被社会媒体广泛的暴露出来。在种类比较多的环境污染物中, 有机物的比例占到了50%以上。其中天然有机物对环境水体的污染比较小, 大多数人工有机物对水体环境的污染程度较大。光催化技术与其他治理环境污染的技术相比, 并不需要进行二次净化处理, 而且这种纳米光催化剂可以循环使用。

一、影响纳米光催化剂的因素研究

影响纳米光催化剂的性能的因素主要体现在以下几个方面:1.催化剂的晶体结构:通常用作光催化剂的Ti O2具有两种晶体结构, 分别为锐钦矿型和金红石型。有的研究结构表明, 如果在锐钦矿型的晶体上进行金红石型晶体的生产, 能够有效的促进锐钦矿型晶体多污染物的吸收。2.纳米催化剂粒径的影响:催化剂粒径的大小对其催化性能具有着比较重要的影响。很多研究结果表明, 随着催化剂粒径的降低, 光谱能够响应的范围也就越来越广。尤其当光催化剂离子达到纳米级别时, 将会具有更高的氧化还原能力。但是随着纳米粒径的进一步减小, 光的载流子在表面符合的概率会进一步增加, 也就意味着光催化剂性能的下降。3.比表面积的影响:在反应物质比较充足的情况下, 表面积越大, 催化剂的活性也就越高;另外催化剂表面的活性中心是并不稳定的。

在反应体系与催化剂的反应条件方面主要影响因素表现在以下几个方面:1.反应的温度:一般来说温度对于光子的表面迁移和吸附以及解吸并不会产生比较明显的影响, 所以在某种程度上问对对光催化反应的影响比较小。光催化剂在光的作用下进行各类有机物的催化反应过程时, 反应速率与温度比较符合阿伦尼乌斯方程的描述。2.溶液PH值得影响:溶液的PH值对半导体的能带分布和表面的性质具有较高的影响。徐成杰等人在研究Ti O2在降解有机物的过程中发现, 当溶液的PH值为7时, 其降解的效率达到最低。3.光强度的影响:当环境中光的强度较低时, 降解速率与光照强度程线性关系;中等光照强度, 两者呈现平方根线性关系;当进一步增加光照强度时, 催化速率的增加并不明显。

二、纳米光催化的掺杂改性以及复合半导体纳米催化剂的研究

当前纳米的光催化性能研究主要集中在Ti O2的光催化剂掺杂改性研究。在很多学者的研究之中, 为了进一步减少自由电子与空穴相互复合的概率, 可以在二氧化钛中掺杂少量的稀土离子。非金属离子的掺杂可以使得辐射光谱的范围进一步增强, 进而可以提高可见光的利用效率。最近十年以来, 双组份甚至是多组分掺杂已经成为纳米光催化剂Ti O2改性研究的热点。美国华盛顿大学的SAKATania等学者采用溶胶凝胶法制备了La-N-Ti O光催化剂, ESR实验研究表明, 这种经过掺杂改性的催化剂在500-678nm光源的照耀下, 对于乙醛的降解具有优异的效果。

最近几年以来半导体复合光催化剂的研究引起了学者的广泛注意。从本质上来说, 半导体复合就是指一种物质粒子对另外一种物质粒子的修饰。目前的研究结果表明复合半导体比单一半导体具有更好的光催化效果。Tang等人制备了Ca In2O4复合半导体, 在亚甲基蓝120min的脱色实验内, 其脱色率可以达到96%。Tony等人研制除了Fe2O3-Sn O2、Cu O-Sn O2等类型的复合纳米半导体光催化剂。

三、展望

纳米光催化剂对当前环境问题的解决提供了比较合理的方案, 但是目前环境中的光催化剂研究还停留在实验室阶段, 并没有得到广泛的应用。目前影响纳米光催化性能的因素主要包括了催化剂的晶体结构、比表面积、反应温度、PH值等因素;其次对纳米光催化的掺杂改性以及复合半导体纳米催化剂的研究现状进行了一定的分析, 指出在以后的污水处理方面, 应该设计比较简单的工艺组合反应来处理废水中的污染物, 使得纳米光催化剂能够真正的从实验室走向社会。

摘要：随着水污染环境问题的日益严重, 纳米光催化剂的研究也逐渐的开展起来。本文在分析影响纳米光催化剂性能因素的基础上, 探讨了纳米光催化剂的研究现状, 并对该材料的发展进行了相关探讨。

关键词：纳米光催化剂,影响因素,研究现状

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