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用于有机物降解的光催化剂

来源:MDPI2019-10-22

MDPI 2019-10-22

有机物降解是高级氧化工艺(AOP)的挑战之一,高级氧化工艺主要用于去除水和空气污染物。与独立过程相比,AOP与其他清除方法结合使用更有效,尤其是在后续步骤中降解顽固(稳定)污染物。

能够在一个步骤中解决上述问题的集成系统可能会更便宜,更高效,但是从材料和过程的角度来看,它们的开发都需要改进。在本期中,提出了一种由集成树脂吸附/电介质阻挡放电(DBD)等离子体再生组成的系统来处理某些纺织品染料,表明该DBD等离子体在降解吸附的染料的同时可以保持树脂的有效吸附性能[1]

一些AOP暗示着催化剂的存在,特别是在光催化过程中:光催化的目的是找到有效且稳定的材料(在反应条件下),该材料既能稳定激子(即产生的电子/空穴对)又能稳定利用太阳光。但是,最后两个目标仍然非常雄心勃勃,需要从材料科学(合成方法)和物理化学的角度取得突破性进展。此外,一种多技术方法可以帮助研究光催化剂的表面和质地特性,以便能够阐明调节激子形成和稳定化的现象。

文献报道了不同的解决方案,包括纳米复合材料的制备[23]TiO2的混合相[4]。前者必须经过适当设计,例如在Z-方案gC3N4/Fe-TiO2[2]中用于苯酚的光降解,在异质结纳米结构复合材料中用于光催化燃料电池[3]:两个系统都能够吸收在Vis地区。总体而言,纳米复合材料中异质结的形成同时有利于光生电子/空穴的分离,并保持还原和氧化性能。

混合相的出现是促进和稳定激子的另一种方式,例如在DegussaP25中,金红石/锐钛矿混合相被认为是其良好的光催化性能的原因。最近,已证明含有板钛矿的TiO2合相显示出改进的光催化效率,例如在N掺杂的锐钛矿/板钛矿纳米颗粒中[4],通过低温溶胶-凝胶技术获得了高表面积。再次,新的纳米材料的开发已经显示出对光催化效率的进展有影响。可以通过大量的合成方法获得这种进步,从而得到不同的纳米材料,例如混合掺入Ni/Fe的金属有机骨架(MOF[5]和掺有EuDySr铝酸盐[6]。前者是具有高比表面积的多孔网络,其中通过多种技术进行的全面理化表征显示[5],通过电子转移,混合金属簇Fe2NiO的出现能够进一步提高光催化性能。影响后一种材料改用不同的方法制备,即在低T下进行水热反应并使用溶胶-凝胶法[6],指出开发新的合成路线以获得用于光催化应用的工程化(纳米)材料的重要性。

 

参考

1.Hao,C.;Xiao,Z.;Xu,D.;Zhang,C.;Qiu,J.;Liu,K.SaturatedResinEctopicRegenerationbyNon-ThermalDielectricBarrierDischargePlasma.Catalysts2017,7,362.

2.Zhu,Z.;Murugananthan,M.;Gu,J.;Zhang,Y.FabricationofaZ-Schemeg-C3N4/Fe-TiO2PhotocatalyticCompositewithEnhancedPhotocatalyticActivityunderVisibleLightIrradiation.Catalysts2018,8,112.

3.Pan,H.;Liao,W.;Sun,N.;Murugananthan,M.;Zhang,Y.HighlyEfficientandVisibleLightResponsiveHeterojunctionCompositesasDualPhotoelectrodesforPhotocatalyticFuelCell.Catalysts2018,8,30.

4.Jiang,L.;Li,Y.;Yang,H.;Yang,Y.;Liu,J.;Yan,Z.;Long,X.;He,J.;Wang,J.Low-TemperatureSol-GelSynthesisofNitrogen-DopedAnatase/BrookiteBiphasicNanoparticleswithHighSurfaceAreaandVisible-LightPerformance.Catalysts2017,7,376.

5.Nguyen,V.H.;Nguyen,T.D.;Bach,L.G.;Hoang,T.;Bui,Q.T.P.;Tran,L.D.;Nguyen,C.V.;Vo,D.N.;Do,S.T.EffectivePhotocatalyticActivityofMixedNi/Fe-BaseMetal-OrganicFrameworkunderaCompactFluorescentDaylightLamp.Catalysts2018,8,487.

6.Park,B.PhotocatalyticBehaviorofStrontiumAluminatesCo-DopedwithEuropiumandDysprosiumSynthesizedbyHydrothermalReactioninDegradationofMethyleneBlue.Catalysts2018,8,227.

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