物理学报 第16卷 有详细的研究 本上是一个没有选择性的化学过程,所以再进行大 4.3光催化氧化技术的其它应用 量的不同反应物的光催化活性的评价研究意义已不 光催化氧化技术还在制备自洁功能建筑材料和是很显著,当前重复研究、无明显根据的解释已时有 超亲水材料及医疗等方面有广泛的应用,这方面有出现所以作者认为未来的光催化研究应该集中在 大量的研究和新闻报道.已有多家研究单位成功研机理的深刻认识、光响应范围宽和量子效率高的催 制出光催化膜功能材料,这种净化膜涂层可用于建化剂制备、和光催化剂技术工程化及新型光催化产 筑物的外墙及内墙面,实现室内外大气的同时净化,品开发四个方面 集环境保护与建筑功能于一体.最近,福州大学研制 首先要高度重视反应机理的研究.从一开始人 的光催化自清洁灭菌陶瓷已投入生产.日本TOTO们一直沿用半导体能带理论来解释光催化过程,虽 (东陶)公司研制成功的自洁玻璃和自洁瓷砖也已然这一理论已经被普遍的接受,但不是所有的实验 用于装饰医院的墙壁.还可利用TiO2光催化剂的超结果都能完全用它可给出清楚的解释.比如,TO2 亲水性制备抗雾功能材料.在生命科学领域,TO2经金属离子或硫酸根修饰后,有时光催化剂的能带 分散体系可杀灭细菌和病毒,如酵母菌和大肠杆菌结构、光吸收及其带边并没有发生明显的改变,而光 等利用TO,的光催化活性借助光纤传导紫外光可催化活性却有显著的提高;有时光催化剂的吸光度 杀死癌细胞,显然是一种很有前途的制癌方法[101.显著降低,其活性反倒提高再如关于杂质掺入量对 光催化技术还可用于有机合成,如以QZnS为光催催化剂活性的影响,掺杂使活性提高时认为杂质是 化剂,以甲醇水溶液为原料,在光照下可使乙二醇的载流子的分离中心,而掺杂使活性降低时认为杂质 产率高达90%[01 又是载流子的复合中心,来自能带理论的这种解释 并不能告诉人们杂质影响的本质原因.最近有研究 5结语与展望 表明,沸石分子筛也是一种好的光催化剂,作为 我们仅列举了近30年来关于光催化研究的部绝缘体,其作用机理尚难从半导体的概念上去认识 分成果,事实上,光催化研究的内容涉及光催化剂的因此,应该结合当代对多相催化的理解寻求从分子 制备(包括新催化剂的开发,TO2、ZnO、Cds等光水平上了解光催化的本质,这就要求研究者一方面 催化剂的各种改性或修饰)、光催化作用机理研究、要加强光催化动力学,特别是反应中间体测定的研 光催化技术的工程化、光催化技术的各种应用研究究,另一方面要采用先进的物理表征手段原位测定 和产品开发等等从基础到应用研究的各个方面.作光照下所发生在催化剂表面的微观物理和化学过 者一直在思考现今光催化研究的活跃局面能否长久程,并通过机理的认识来指导高效光催化剂的合成 的持续下去?过去的研究可以说已经积累了大量的 其次是光催化剂的开发.目前公认的真正能实 资料,获得了不少理性认识,未来的研究应该朝哪个际使用的光催化剂只有TO2,其已采用各种方法制 方向发展?从当今全球对社会经济持续发展的强烈备,如 Sol-Gel法、改进的sol-Gel法、 MOCVD法、磁 关注考虑,由于光催化学科从一开始致力于清洁能控溅射射法、反向胶束法等:能够获得的各种钛源, 源的开发(光解水制氢)到现在与环境保护及治理如各种有机钛酸酯、各种无机钛、金属钛和其它有机 紧密结合,它始终没有离开人类所关注的重大问题,钛化物等;能使用的可种沉淀剂,如各种有机的和无 其强大的生命力和发展潜力是不应怀疑的然而,正机的化合物等进行了合成制备研究,也进行了大量 如在前面所论述的那样,现今所知道的光催化剂的的各种掺杂、复合等体相和表面的修饰研究,这些方 效率和太阳能的利用率很低,目前已开发出的各种法都没有获得光催化活性的重大改进的效果最近 光催化产品远没有达到人们所预期的功能,所以光 Asahi通过溅射法和氨气气氛焙烧法合成TO2-N 催化未来的发展取决于其是否能在能源和环境治理光催化剂粉体及膜,它对小于500m的光波有 中真正地起到应有的作用.要做到这一点,必须深化响应,可在太阳光及室内微光条件下,光催化降解甲 对光催化现象的认识和提高催化剂的制备水平.目基蓝,气态乙醛,并维持较高的亲水性,同时TO2 前关于光催化剂对各种有机物氧化降解的普适性已N光催化剂还具有耐酸、碱、H2O2腐蚀的特点 成为共识,虽然不同的有机物由于结构,组成上的差 Shahed通过在天然气火焰上有控制的燃烧金属 别在降解活性上有一些差别,但总体上看,光催化基T,得到了一种C改性的nTiO2,吸收波长小于有详细的研究［102］ . 4. 3 光催化氧化技术的其它应用 光催化氧化技术还在制备自洁功能建筑材料和 超亲水材料及医疗等方面有广泛的应用，这方面有 大量的研究和新闻报道. 已有多家研究单位成功研 制出光催化膜功能材料，这种净化膜涂层可用于建 筑物的外墙及内墙面，实现室内外大气的同时净化， 集环境保护与建筑功能于一体. 最近，福州大学研制 的光催化自清洁灭菌陶瓷已投入生产. 日本 TOTO （东陶）公司研制成功的自洁玻璃和自洁瓷砖也已 用于装饰医院的墙壁. 还可利用 TiO2 光催化剂的超 亲水性制备抗雾功能材料. 在生命科学领域，TiO2 分散体系可杀灭细菌和病毒，如酵母菌和大肠杆菌 等. 利用 TiO2 的光催化活性借助光纤传导紫外光可 杀死癌细胞，显然是一种很有前途的制癌方法［7，10］ . 光催化技术还可用于有机合成，如以 Q-ZnS 为光催 化剂，以甲醇水溶液为原料，在光照下可使乙二醇的 产率高达 90%［103］ . 5 结语与展望 我们仅列举了近 30 年来关于光催化研究的部 分成果，事实上，光催化研究的内容涉及光催化剂的 制备（包括新催化剂的开发，TiO2、ZnO、CdS 等光 催化剂的各种改性或修饰）、光催化作用机理研究、 光催化技术的工程化、光催化技术的各种应用研究 和产品开发等等从基础到应用研究的各个方面. 作 者一直在思考现今光催化研究的活跃局面能否长久 的持续下去？过去的研究可以说已经积累了大量的 资料，获得了不少理性认识，未来的研究应该朝哪个 方向发展？从当今全球对社会经济持续发展的强烈 关注考虑，由于光催化学科从一开始致力于清洁能 源的开发（光解水制氢）到现在与环境保护及治理 紧密结合，它始终没有离开人类所关注的重大问题， 其强大的生命力和发展潜力是不应怀疑的. 然而，正 如在前面所论述的那样，现今所知道的光催化剂的 效率和太阳能的利用率很低，目前已开发出的各种 光催化产品远没有达到人们所预期的功能，所以光 催化未来的发展取决于其是否能在能源和环境治理 中真正地起到应有的作用. 要做到这一点，必须深化 对光催化现象的认识和提高催化剂的制备水平. 目 前关于光催化剂对各种有机物氧化降解的普适性已 成为共识，虽然不同的有机物由于结构，组成上的差 别在降解活性上有一些差别，但总体上看，光催化基 本上是一个没有选择性的化学过程，所以再进行大 量的不同反应物的光催化活性的评价研究意义已不 是很显著，当前重复研究、无明显根据的解释已时有 出现. 所以作者认为未来的光催化研究应该集中在 机理的深刻认识、光响应范围宽和量子效率高的催 化剂制备、和光催化剂技术工程化及新型光催化产 品开发四个方面. 首先要高度重视反应机理的研究. 从一开始人 们一直沿用半导体能带理论来解释光催化过程，虽 然这一理论已经被普遍的接受，但不是所有的实验 结果都能完全用它可给出清楚的解释. 比如，TiO2 经金属离子或硫酸根修饰后，有时光催化剂的能带 结构、光吸收及其带边并没有发生明显的改变，而光 催化活性却有显著的提高；有时光催化剂的吸光度 显著降低，其活性反倒提高. 再如关于杂质掺入量对 催化剂活性的影响，掺杂使活性提高时认为杂质是 载流子的分离中心，而掺杂使活性降低时认为杂质 又是载流子的复合中心，来自能带理论的这种解释 并不能告诉人们杂质影响的本质原因. 最近有研究 表明，沸石分子筛也是一种好的光催化剂［104］ ，作为 绝缘体，其作用机理尚难从半导体的概念上去认识. 因此，应该结合当代对多相催化的理解寻求从分子 水平上了解光催化的本质，这就要求研究者一方面 要加强光催化动力学，特别是反应中间体测定的研 究，另一方面要采用先进的物理表征手段原位测定 光照下所发生在催化剂表面的微观物理和化学过 程，并通过机理的认识来指导高效光催化剂的合成. 其次是光催化剂的开发. 目前公认的真正能实 际使用的光催化剂只有 TiO2，其已采用各种方法制 备，如 Sol-Gel 法、改进的 Sol-Gel 法、MOCVD 法、磁 控溅射射法、反向胶束法等；能够获得的各种钛源， 如各种有机钛酸酯、各种无机钛、金属钛和其它有机 钛化物等；能使用的可种沉淀剂，如各种有机的和无 机的化合物等进行了合成制备研究，也进行了大量 的各种掺杂、复合等体相和表面的修饰研究，这些方 法都没有获得光催化活性的重大改进的效果. 最近， Asahi 通过溅射法和氨气气氛焙烧法合成 TiO2 - xNx 光催化剂粉体及膜［105］ ，它对小于 500 nm 的光波有 响应，可在太阳光及室内微光条件下，光催化降解甲 基蓝，气态乙醛，并维持较高的亲水性，同时 TiO2 - x Nx 光催化剂还具有耐酸、碱、H2O2 腐蚀的特点. Shahed 通过在天然气火焰上有控制的燃烧金属 Ti ［106］ ，得到了一种 C 改性的 n-TiO2，吸收波长小于 346 化 学 物 理 学 报 第 16 卷