TiO2-CuO光催化体系的构建及性能(4)
水淼[41]等人利用稀土元素镧掺杂二氧化钛并研究了其光催化性能，在研究中发现，在较低的煅烧温度下，掺杂的二氧化钛样品对X-3B的光催化活性比纯二氧化钛要差。但在较高温度和较长的煅烧时间下，其光催化活性要比纯二氧化钛高，主要由于在此条件下，晶格膨胀程度增加，进入晶格的镧的量增加，更有利于增加捕获空穴的位点而降低光生电子和空穴复合的速率。王新[42]等人采用空气-水界面自组装法制备了TiO2纳米粒子，并将其放入AgNO3溶液中浸泡后在较低温度下进行热处理(400 ℃)，获得Ag-TiO2复合纳米颗粒。然后，利用扫描电镜(SEM)、x射线衍射(XRD)仪、紫外可见光谱(UV-vis)、透射电镜(TEM)等分析测试手段进行表征分析。最后，以甲基橙为模拟污染物，经过光催化试验，证实了复合纳米粒子具有较好的光催化活性，甲基橙降解率可达96.25％。
2012年，Hayato Yuzawa等[43]发表了他们的研究成果。他们成功地使用铂负载的二氧化钛催化剂实现了利用可见光光催化苯制苯酚，并研究了载体的类型、光照强度、催化剂用量等因素对苯酚产率和选择性的影响。研究发现，采用Pt(0.1)/TiO2催化剂时，在反应物及催化剂用量相同时，使用全光谱照射时，苯酚的产率和选择性分别为2.4％和88％，但这这个过程中有大量的氢气产生。而使用波长大于385 nm的光照射时，苯酚的产率为2.1％，但苯酚的选择性高达91％，氢气的产量远小于前者。所以，Hayato Yuzawa等选择以可见光作为实验所需光源。研究还发现，以锐钛矿型TiO2作为载体、Pt的负载量为0.1％时的光催化氧化苯制取苯酚的效果最好。
Tiziana Marino等人[44]研究了在水介质中，负载有金纳米颗粒的TiO2光催化剂对苯酚产率和选择性的影响。在25℃的反应温度下，他们采用500 W的高压汞灯为紫外光作为实验的光源，对比了不同负载量的Au/TiO2催化剂对反应速率苯酚产率的影响，结果发现：在开始的一个小时内，使用TiO2作为催化剂的反应速率最快，苯酚的产率最高。随着反应时间的延长，90 min后，苯酚浓度达到最高，随后开始减少。而负载有金纳米离子的二氧化钛催化剂，随时间的延长，苯酚产率不断增加，其中负载量为1%的Au/TiO2催化剂的苯酚的产率约为TiO2的2倍。且随着反应时间的增加Au/TiO2光催化剂并不会导致副产物量的增加。
目前，常用的助催化剂主要有Pt、Ru、RuO2、Au、Ag、NiOx、CuO等。其中，以Pt使用最为广泛且性能最为优异。但由于Pt等贵金属的地表储量稀少、价格昂贵，对于大规模工业生产十分不利。因此，近年来这方面的研究热点主要在寻找一种廉价的替代Pt等贵金属的助催化剂。最近的研究表明，一些半导体的费米能级，如CuO[45]，可因电子的堆积由正向负移动，从而有可能成为制氢催化剂中的活性位点。人们利用这些氧化物作为助催化剂，探讨了其替代Pt等贵金属的可能性，结果表明这是一条非常有前途的技术路线。
1.4 CuO在光催化氧化中的应用
CuO的禁带都比较小（1.4 eV），能有效地吸收太阳光[46]。早在1839年Becquerel就发现将CuO涂在金属表面时，电极上会产生光电现象，这也引起了光电化学研究者们对CuO的关注。虽然禁带宽度0.8-2.4 eV的半导体材料适合吸收太阳光，但在太阳光的照射下易产生光腐蚀，材料缺乏稳定性[47]。我们注意到，CuO通过与其他半导体进行耦合，可以改变自身稳定性，其中TiO2无疑是最佳的选择。研究证明：在TiO2上沉积CuO后能明显增强TiO2对染料吸附能力，从而在可见光照射下光解水就能得到较高的量子效率[48]。Chiang等也选择用CuO修饰TiO2，在光氧化降解氰化物的应用中取得良好效果[49]。而Lim等在关于TiO2和CuO耦合的研究中发现，当CuO的负载量为3.3%时，其催化NO的转换率提高了70%[50]，而近期Grims小组则用阳极氧化CuTi合金的方法制备了p型的Cu-Ti-O纳米管，进而将其与n型TiO2纳米管阵列组成二极管。该二极管在太阳光的照射下的光电流高达0.25 mA/cm2，光电转换效率也达到了0.3%的新高[41]。以往所有的研究都预示，TiO2-CuO耦合材料将有很好的应用前景。
下一篇：镀镍层防变色处理液的性能评价