累托石基复合光催化材料研究进展

来源期刊：材料导报2020年第11期

论文作者：杨威 郭盛 陈金毅

文章页码：11022 - 11028

关键词：光催化;累托石基复合材料;降解机理;粘土矿物;离子交换;有机污染物;

摘    要：光催化是一种利用太阳能将有机污染物分解为水和二氧化碳的技术,该技术还可以用于催化制氢、还原CO2制备燃料以及杀菌,在应对全球环境污染和能源短缺问题方面起着至关重要的作用。光催化技术的关键在于设计高效、廉价且能循环使用的光催化剂。传统光催化剂存在太阳能利用率低、量子产率低以及光化学稳定性不足等问题,使得光催化技术的推广受到限制。近年来,研究者尝试了许多提高半导体光催化剂活性的方法,包括形貌调控、金属离子或非金属离子掺杂、半导体异质复合、表面贵金属沉积、负载以及开发新的光催化剂等。光催化反应主要是发生在催化剂表面的固-液反应,因而需要催化剂具有较好的吸附性能和较高的表面活性。而许多光催化剂比表面积较小、吸附能力有限,导致其光催化效率相对较低。另外,大多数光催化剂易团聚、难以分离回收,阻碍了其大规模的工业应用。近年来,许多学者将光催化剂负载到廉价的粘土材料累托石上,利用累托石较大的比表面积、优越的离子交换性能和稳定的结构解决吸附和分离问题,进而提高催化剂的光催化效率。同时,累托石独特的层状结构能够为光催化反应提供良好的反应场所。研究者们通过改进或优化制备工艺,成功制备出累托石负载TiO₂、Bi₂O₃、Bi₂WO₆、BiOI、Bi₂NbO₅F、ZnO、Ag₃PO₄、In₂O₃、CdS、Cu₂O和gC₃N₄等复合材料。研究发现,引入累托石载体可以有效提升光催化剂的吸附性能,抑制光生电子和空穴的复合,极大地改善光腐蚀问题,提高光催化材料对可见光的吸收能力。本文系统综述了累托石基半导体复合材料在光催化领域的研究进展,介绍了累托石基半导体复合材料的制备工艺,重点阐述了累托石对光催化剂性能提升的作用机制。此外,本文还讨论了制备和反应条件对复合材料光催化活性的影响。最后展望了未来累托石应用于光催化领域的方向,以期为累托石矿物材料在光催化领域的应用提供参考。