用于光催化的金属氧化物多孔材料的研究进展综述

任德忠

摘  要：金属氧化物材料的多孔化制备技术受到人们的高度关注，由于多孔制备技术具比表面积大、较多的活性位点、促进物质传输的双连接结构特点，因此能够在环保、能源、精细化工等多个领域应用。本文通过分析几个不同的金属氧化物材料，比如二氧化钛、氧化锌、氧化亚铜等在光催化领域中的发展进程，分析金属氧化物多孔制备技术、光催化性能等，探讨光催化性能的改进措施。

关键词：光催化  金属氧化物  多孔材料  研究进展

中图分类号：O643                             文献标识码：A                文章编号：1674-098X（2020）09（b）-0063-03

Abstract： The porous preparation technology of metal oxide materials is highly concerned by people. Because of its large specific surface area， more active sites and double connection structure to promote material transport， porous preparation technology can be applied in many fields such as environmental protection， energy， fine chemical industry， etc. In this paper， through the analysis of several different metal oxide materials， such as titanium dioxide， zinc oxide， cuprous oxide in the field of photocatalytic development process， analysis of metal oxide porous preparation technology， photocatalytic performance， etc.， to explore the improvement measures of photocatalytic performance.

Key Words： Photocatalysis; Metal oxide; Porous materials; Research progress

能源短缺和环境污染问题是目前全球人类面临的最大的难题和挑战，人类生活的进步导致对能源的需求量逐年上涨，导致地区中蕴藏的矿物质燃料大幅度减少，也因此对自然环境造成巨大的损害，而自然也给了人类最大的“惩罚”。目前，不仅是我国，全世界的国家都开始重视节能能源和保护环境的问题，这也是光催化工作人员的研究重点。光催化的原理是通过利用太阳能来实现节省能源和环境的保护，二氧化碳电极能够在可见光的刺激下实现水解制氢，这一技术也得到全世界研究人员的认可和进一步探索[1]。在1977年，有研究人员发现，二氧化碳能够在可见光的刺激下促进废水的氧化，从而得到氰化物和硫化物两种物质，继而还可转变为氰酸盐和硫酸盐，这一技术的应用也促进了光催化在节省能源和保护环境上发挥的意义。后来，Inoue教授还发现了在光催化技术的影响下，二氧化碳具有还原有机化学物的效果，进一步促进光催化技术在能源及环境保护中的效果。

1  多孔金属氧化物合成和光催化降解污染物分析

1.1 二氧化钛（TiO2）

二氧化钛是最佳的半导体材料，这一材料的成本较低但是稳定性较好且具有高催化活性特点，因此被广泛应用在光催化降解污染物中。有研究人员表示，乙酸锌可作为锌源、异丙醇钛作为钛源，利用气相沉积法制备技术在气溶胶的辅助下，可制备出分级孔道的多孔二氧化钛薄膜。紫外线的影响下可完成燃料以及硬脂酸的讲解处理，通过这一技术制备出的二氧化钛薄膜的光催化率是普通二氧化钛薄膜的十几倍[2]。

还有研究人员将0.15～1.5μm聚甲基丙烯酸甲酯作为模板，将异丙醇钛作为钛源制备介孔的二氧化钛，通过浸渍法可让介孔二氧化钛带有磁性，方便收集能力从而提高循环能力。样品在UV光的影响下讲解亚甲基蓝，最终发现0.15μm聚甲基丙烯酸甲酯制备的样品的催化活性更好[3]。

要持续提高多孔二氧化钛的光催化效果，有关人员针对其实施了复合、负载以及掺杂手段的实施，在简易的溶剂热法手段可制备出多孔的TiO2/C复合物，同时受到不同电解质、不同电压的影响，钛这一物质制备出的多孔二氧化钛薄膜能够在紫外线的刺激下完成甲基蓝的降解处理，催化效果最好的产物4d内的脱色率高于99%[4]。

相关人员通过多孔金属金地的生长氧化物技术的反向思路实施处理，多孔二氧化鈦结构上课复合产出贵重金属。通过熔炼甩带可制备出AI97.4Ti2.1Ag0.2静态合金条带，然后将制备出的产物繁殖在NaOH溶液中，在室温下放置2h，空气干燥可获取前驱体①，将其浸渍在0.1mol/L的HCI溶液中2h，通过去离子水清洗可得到前驱体②，将其放置在400℃的环境下1h可获得介孔Ag/TiO2复合材料。符合材料在光刺激下可降解甲基橙，120min可达到100%的讲解效果。

1.2 铋系半导体

铋系半导体材料具有极强的见光激发效果，光催化活性极高，在光照下能够将其分解出有机污染物，可光解水，还原CO2等作用。在目前关于铋系半导体催化剂的研究，铋系半导体催化剂包括氧化铋、含氧酸盐以及符合的催化剂。第一，氧化铋。氧化铋的发展前景非常好，禁带宽在2.58～2.85eV，具有易被可见光见覅的效果，也有非常好的价带位置、极强的光催化特点等。按照研究分析，硝酸铋属于金属源，乙二醇甲醚是溶剂，尿素作为添加剂。硝酸铋通过溶胶凝法能够实施多孔Bi2O2，Bi2O2的制备[5]。利用水热法制备手段、煅烧制备手段还能获取多孔异质结Bi2O3-Bi4MoO24复合材料，这种材料通过光催化的影响下能够实现甲基橙、苯酚的降解，其中甲基橙脱色率达100%的时间为45min，苯酚脱色率达到100%的时间为180min。利用水热法、煅烧法可制备得到100～200nm孔径的多孔TiO2薄膜，同时在超声辅助连续离子层吸附反应技术的辅助下，直径为5nm的Bi2O3球可负载在多孔TiO2薄膜上，具体技术流程表现为：将多孔TiO2薄膜浸润在乙二醇硝酸铋溶中，同时采取超声辅助连续离子层吸附反应技术处理，乙二醇可消除薄膜上多余的离子，然后再次浸润在乙二醇溶液中，重复2次，在水热法处理后可制备出多孔Bi2O3/TiO2异质结符合材料。在紫外线光和可见光下课降解为MB，紫外线光下12h后脱色率在96.8%，可见光12h的脱色率在99%[6]。第二，钒酸铋。钒酸铋属于三元氧化物半导体材料，具有极强的稳定性，无毒。在FTO上将BiCl3作为金属源实施水热法、煅烧法制备出多孔的钒酸铋纳米杆。还有研究人员将NH4VO3，Bi（NO3）3 5H2O作为原料，通过水热法可制备出多孔TS/BiVO4复合材料[7]。

2  结语

多孔金属氧化物根据制备技术不同可划分为两种：第一种是直接制备出多孔金属氧化物，在液相法的辅助下，利用水热法进行合成，再通过气相法辅助下的煅烧手段进行合成，制备出的产物都是粉质产物，因此回收具有极大的难度，如果必须实施回收则通过赋予磁性或半导体负载的方式进行解决。第二种是间接制备，是利用负载技术将氧化物负载到多孔的载体上。在进行半导体的负载的术后要注意，载体和半导体之间存在固定特点以及载体的吸附能力，半导体催化活动等。

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