光催化劑的發(fā)展前景與突破

1、光催化劑的發(fā)展前景與突破一、解決人類生存的重大問題光催化學(xué)科是催化化學(xué)、光電化學(xué)、半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等多學(xué)科交叉的新興研究領(lǐng)域。光催化劑的研究應(yīng)用一旦獲得突破，將可以使環(huán)境和能源這兩個(gè)二十一世紀(jì)人類面臨的重大生存問題得以解決。利用太陽能光催化分解水制氫H2O-H2+町O2徹底解決能源問題利用環(huán)境光催化C6H6+7%O26CO2+3H2O徹底解決污染問題光催化以其室溫深度反應(yīng)和可直接利用太陽光作為光源來驅(qū)動(dòng)反應(yīng)等獨(dú)特性能而成為一種理想的環(huán)境污染治理技術(shù)和潔凈能源生產(chǎn)技術(shù)。導(dǎo)帶潔凈能源國防軍事建筑材料醫(yī)療衛(wèi)生家用電器紡織工業(yè)汽車工業(yè)空氣、水凈化A還原h(huán)v=Eg/D氧光催化原理光催化劑應(yīng)

2、用領(lǐng)域二、光催化研究領(lǐng)域急需解決的重大科技問題目前以二氧化鈦為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體光催化存在一些關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)難題，使其廣泛的工業(yè)應(yīng)用受到極大制約，而這些問題的解決有賴于深入系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究。最突出的問題在于：量子效率低（4%）難以處理量大且濃度高的廢氣和廢水，難以實(shí)現(xiàn)光催化分解水制氫的產(chǎn)業(yè)化。（2）太陽能利用率低由于TiO2半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)（Eg=32eV）決定了其只能吸收利用紫外光或太陽光中的紫外線部分（太陽光中紫外輻射僅占5%）。（3）多相光催化反應(yīng)機(jī)理尚不十分明確以半導(dǎo)體能帶理論為基礎(chǔ)的光催化理論難以解釋許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，使得改進(jìn)和開發(fā)新型高效光催化劑的研究工作盲目性大。（4）光催化應(yīng)用中的技術(shù)難題如

3、在液相反應(yīng)體系中光催化劑的負(fù)載技術(shù)和分離回收技術(shù)，在氣相反應(yīng)體系中光催化劑的成膜技術(shù)及光催化劑活性穩(wěn)定性問題。上述關(guān)鍵問題也是目前國內(nèi)外光催化領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)，圍繞這些問題開展進(jìn)一步的研究不僅可望在光催化基礎(chǔ)理論方面獲得較大的突破，而且有利于促進(jìn)光催化技術(shù)真正能在上述眾多領(lǐng)域得到大規(guī)模廣泛工業(yè)應(yīng)用。三、光催化領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展近年來，光催化的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究發(fā)展非常迅速，特別是在可見光誘導(dǎo)的新型光催化劑的研究、提高光催化過程效率的研究和光催化功能材料的研究等方面都取得了重要進(jìn)展。1、可見光誘導(dǎo)的光催化劑研究方面取得重大突破采用固相合成、過渡金屬離子和非金屬離子摻雜、金屬-有機(jī)絡(luò)合物、表面敏化、半導(dǎo)

4、體復(fù)合等多種方法，制備出了一系列新型非二氧化鈦系或二氧化鈦基可見光光催化材料，這些材料在可見光的照射下,能將H2O分解為H2和02,或能有效降解空氣、水中的有機(jī)和無機(jī)污染物。2、為解決多相光催化過程效率偏低的問題,近年從提高催化劑自身的量子效率和改進(jìn)反應(yīng)過來程條件兩個(gè)方面開展了大量的研究工作,取得了重要進(jìn)展。采用離子摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合、納米晶粒制備、超強(qiáng)酸化等方法,提高光生載流子的分離效率和抑制電子-空穴的重新復(fù)合,在一定程度上改善了光催化劑的量子效率。3、光催化材料超親水性的發(fā)現(xiàn),開辟了光催化研究和應(yīng)用的新領(lǐng)域利用光催化膜的超親水性和強(qiáng)氧化性等特性,研制開發(fā)出一系列光催化功能材料,如光催化自清

5、潔抗霧玻璃、光催化自清潔抗菌陶瓷和光催化環(huán)保涂料等。這些功能材料已開始在建筑材料領(lǐng)域應(yīng)用。與之相應(yīng)的光催化膜功能材料的基礎(chǔ)研究也有大量的文獻(xiàn)報(bào)道。4、超分散性及可見光活性實(shí)現(xiàn)突破河南工業(yè)大學(xué)李道榮教授開發(fā)出了超分散性及可見光活性納米二氧化鈦光催化劑，這種氮摻雜納米二氧化鈦光催化劑具有較強(qiáng)的可見光活性，在室內(nèi)光作用下即可分解污染物。所得產(chǎn)品已通過河南華榮環(huán)?？萍加邢薰玖慨a(chǎn)。產(chǎn)品形貌為棒狀（柱狀）多邊形實(shí)體粒子，直徑5納米長度約10至15納米。產(chǎn)品具有可見光活性，光催化活性高。分散性極好，透射電鏡圖片不產(chǎn)生團(tuán)簇。這種產(chǎn)品用于涂料中，解決了在涂料中的納米產(chǎn)品易團(tuán)聚、活性被掩蓋的世界性難題。這種產(chǎn)品在成膜后，無論使用什么樣的成膜劑，由于它是棒狀（柱狀）多面體，在表面總有一定的裸露點(diǎn)而獲得光的激發(fā)，所以活性被掩蓋較少?？梢哉f，該產(chǎn)品的出現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境污染治理難題的跨越。_a四、我國光催化學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀最近幾年，由于國際上光催化分解水研究的復(fù)蘇，特別是環(huán)境光催化的崛起，我國許多高等院校、中科院研究所、部委及軍隊(duì)研究院所都開展了光催化研究工作。催化化學(xué)、光電化學(xué)、半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等諸多學(xué)科的科研人員都紛紛加入到光催化研究隊(duì)伍。我國的光催化研究整體上已經(jīng)進(jìn)