光催化氧化技术是一种能有效利用太阳能的绿色技术。因其具有降解效率高、简单易操作、无二次污染、可直接利用太阳光等特点，在光解水制氢、处理大气污染物和废水污染物等环境治理方面很有广泛的关注度。本文从光催化氧化技术应用的三大方面做了阐述，并展望了光催化技术的发展趋势。

  近些年来，光催化氧化技术作为一种环境友好型的绿色技术，能高效利用太阳能治理环境问题，同时具备比较好的耐热性和化学稳定性，在环境日益污染严重且能源短缺的现有情况下，被广大研究者认为是缓解能源危机、解决环境问题的可持续发展的方法之一[1]。1972 年，自日本科研人员 Fujishima 和 Honda 研究发现采用二氧化钛光解水的原理后，首次提出光催化氧化技术以来，光催化氧化技术开始受到全球研究者的广泛关注。

  光催化氧化技术是利用光反应和催化反应协同作用的光化学过程。在太阳光(外加光源)的照射下，主要是利用表面具有强氧化还原性的光催化材料(一般选择采用半导体光催化材料)与污染物发生反应，达到光催化氧化的目的，可实现光解水制氢、处理大气污染物和废水污染物等过程[2]。根据电子能带的相关理论，半导体光催化材料的能带可分为低能价带(VB)和高能导带(CB)，价带和导带之间我们称为禁带，其宽度即叫做禁带宽度(Eg)。一般认为，外界光源照射反应体系时，禁带宽度小于或者等于被照射的光子能量，电子(价带上)被激发而产生跃迁后，在价带上留下了空穴，组成了大家熟知的电子-空穴对。由于电场的作用，电子和空穴经过分离，到达光催化材料的表面，还原性的电子，与体系中的溶解氧反应生成超氧自由基(O2-)、羟基自由基(HO2)以及过氧化氢(H2O2)等，而氧化性的空穴，与 H2O 和 OH-反应生成羟基自由基(·OH)等活性基团，这些活性基团通过降解矿化有机污染物，最终降解为无毒无机的二氧化碳和水。

  环境中的大气污染物大多数来源于于化工石业气体的排放，机动车尾气和人为活动等。基于光催化氧化技术的优点，慢慢的变多的研究者们选择采用该技术来处理降解气态污染物，使得有害化学气体顺利转化为无害气体，达到去除污染物的目的[3]。研究之后发现，王淑勤[4]等采用 Co-Ce 共掺杂 Ti O2 作为光催化材料，对浓度为 762 μg /m3 的 NO 可见光催化效率高达 92.69 %；罗颖基[]等发现制备出的 Ti O2/GO 复合材料，分别与纯的二氧化钛和氧化石墨烯相比较，显著地增强了光催化处理 VOCs 的能力；吕鲲[6]等总结分析了光催化氧化技术对一些典型大气有机污染物、氮氧化物、硫化物以及二氧化碳等有较高的去除效率，以二氧化钛为例，去除率一般能达到 80%~99%之间；周文君[7]等制备复合光催化材料 Cu O-Ti3+ /Ti O2( Cu-Ti MB)，对其在可见光条件下气相甲苯净化催化性能进行了研究。通过对实验结果分析，该方法制备的 Cu O-Ti3+ /Ti O2 (Cu Ti MB) 复合光催化材料对甲苯具有较好的催化活性。

  光催化分解水制氢主要是光能转化为化学能的一种过程。在光催化分解水制氢过程中，跃迁到光催化材料表面的电子通过还原氢离子而产生氢气[8]。必须要格外注意的一点是，光催化材料的导带位置必须与水的还原电位相匹配，一定要构成光催化材料导带的最上层能级比水的还原产氢电位(φ(H＋／H2)＝0)更负，才能顺利产氢。研 究 表 明 ， 李 和 川 [9] 等 研 究 制 备 金 属 有 机 大 环[Ni2(L2)2(CH3CN)4](Cl O4)4·4CH3CN，在可见光照射下的光解水产氢 TON 值能够达到 3100 mol H2·molcat-1；杨林林[10]等成功合成氧杂蒽染料修饰钴-硫脲配合物，与配合物相比较，提升了体系的催化活性，其产氢 TON 值能够达到 2800 mol H2·molcat-1；张晶晶[11]等采用 In2O3 /Zr O2 -Ti O2 空心球复合材料产氢，根据结果得出其具备比较好的产氢效果，在八小时内可达到 6. 7 μmol /g。

  光催化氧化技术对于处理废水污染物来说，是一种高效率节约能源的绿色技术。在深度处理工业废水、制药废水和染料废水等含有多种难降解物质的废水中，相较于传统的废污水处理方法，具有高效性和可循环利用性等优势，可将难降解有机污染物完全矿化为二氧化碳和水[12]。研究之后发现，杨国军[13]等采用逐次插层氧化石墨烯的方法成功制备了 Ag/Ag Br-Ti O2/GO 复合光催化材料，光照 20 min 后甲基橙的降解率可达 92 %以上；王家强[14]团队设计了一套光催化处理设备，用来处理 60 t/d 的医疗废水，经自主设计的光催化撬装设备处理后，COD、氨氮等主要指标均达标，对类大肠菌群去除率高达 99%；李瑶[1]等合成了 Cu-Ti O2/白云母复合纳米材料，经过对 20 mg/L 的的亚甲基蓝光催化 1 h 后，亚甲基蓝完全被降解；王竹梅[16]等采用水热法合成制备了 Ni O/Ti O2 复合纳米管，相对于纯二氧化钛，对甲基橙的去除率提升了 88.6%；张晶[17]等模拟日光光源，Sb2WO6 /g-C3N4 作为光催化复合材料，经 60 min 光照 后 ， 对 Rh B 的 去 除 率 可 达 99. 3% ； 张 晓 君 [18] 等 发 现Ag I/Ag3PO4-10 %复合光催化材料较纯的光催化材料，在光催化效率和稳定能力方面有着非常明显的提高，在可见光照射一小时后，对罗丹明 B 降解率可达到 99 %。

  根据上述所知，光催化材料在外界光源的照射下，通过将光能转化为化学能，进而产氢或去除有机污染物。但是，可见光辐射仅占太阳光辐射的 47 %，研究制备的光催化材料中只有部分是在可见光区域有响应的。因此，假设我们想尽可能有效的利用太阳光，那么就亟待开发高效的可见光响应型光催化材料，这在光催化氧化技术探讨研究进程中有很重要的意义。在研究过程中发现，光催化材料在使用一次之后有极大几率会出现失活的现象。换言之，部分已研发的光催化材料在反应过程中非常不稳定，这极大的限制了光催化氧化技术的进行。我们应该寻找开发具有较好的稳定性和循环利用性的光催化材料，以便于反应的持续进行。综上所述，寻找一种或多种高效稳定的可见光响应型光催化材料迫在眉睫。光催化氧化技术的发展空间是巨大的，研究者们可以为该技术逐步发展做出更多的努力，不断改革创新，促进生态环境的可持续发展。

  [1]陈安，刘振华．光催化材料的研究和发展的新趋势[J]．广东化工，2017(9)：146-148．

  [2]熊玉宝．光催化纳米材料在环境保护中的应用研究[J]．低碳世界，2018，180(6)：34-3．

  [3]曲茉莉．大气中 VOCs 的污染现状及治理技术探讨研究进展[J]．环境科学与管理，2012，37(6)：102-104．

  [4]王淑勤，武金锦，杜志辉．Co-Ce 共掺杂对 Ti O2 催化剂室温可见光催化脱硝性能的影响[J]．燃料化学学报，2019，47(3)：11-123．

  []罗颖基，丘文霞，黄伟业，等．Ti O2/GO 复合材料光催化降解大气中VOCs 研究[J]．广东化工，2018，4，370(8)：41-43．

  [6]吕鲲，张庆竹．纳米二氧化钛光催化技术与大气污染治理[J]．中国环境科学，2018．

  [7]周文君，沈伯雄，张芹，等．负载 Cu O 的 Ti3+/Ti O2 催化剂制备及其光催化甲苯降解性能[J]．燃料化学学报，2019，47(2)：132-139．

  [8]李旭力，王晓静，赵君，等．光催化分解水制氢体系助催化剂研究进展[J]．材料导报，2018，32(7)：107-1064．

  [9]李和川，李明凤，何成，等．基于非贵金属镍的金属有机大环的光解水放氢性能[J]．无机化学学报，2018，34(1)：11-19．

  [10]杨林林，景旭，何成，等．氧杂蒽染料修饰钴-硫脲配合物的光解水放氢性能[J]．无机化学学报，2017(6)．

  [11]张晶晶，李莉，郝玉婷，等．In2O3/Zr O2-Ti O2 空心球复合材料的制备与光解水制氢性能[J]．高等学校化学学报，2017(2)

  [12]周锋，任向红，刘建友，等．光催化降解水体有机污染物的研究进展[J]．材料工程，2018，46(10)：13-23．

  [13]杨国军，扬川苏，况鹏鹏．Ag/Ag Br-Ti O2/GO 复合光催化剂的制备及性能研究[J]．广东化工，2018．

  [14]杨烨鹏，李懿舟，王家强，等．光催化技术在处理废水中的规模化应用[J]．云南大学学报：自然科学版，2019(3)：6-71．

  [1]李瑶，彭同江，孙红娟，等．Cu-Ti O2/白云母纳米复合材料的制备及结构，形貌和光催化性能[J]．硅酸盐学报，2019(4)．

  [16]王竹梅，李月明，廖润华，等．Ni O/Ti O2 复合纳米管的水热制备及光催化性能[J]．光子学报，2019，48(3)．

  [18]张晓君，李佳乐，刘一儒，等．固相研磨法制备 Ag I/Ag3PO4 复合光催化剂及其光催化性能[J]．化工进展，2019，38(02)：188-194．

  作者：郭婧 戴友芝 刘林 陈跃辉 周琼芝 单位：湘潭大学 环境与资源学院