光催化的辅助激发措施及其在环境治理中的应用*易志刚1,2,徐晓玲2,周祚万2(1�西南交通大学峨眉校区基础部,峨眉614202;2�西南交通大学材料科学与工程学院材料先进技术教育部重点实验室,成都610031)摘要��半导体光催化材料以其独特的光化学特性在环境治理领域显示出广阔的应用前景。介绍了光催化技术在环境治理中的应用及其存在的问题,综述了超声波、电化学、微波、热能等辅助激发措施与光催化协同作用降解环境污染物的研究进展,分析了产生协同效应的原理,并展望了该领域未来的技术发展。关键词��光催化�声�光催化�电�光催化�微波�光催化�热�光催化�环境治理中图分类号:X703.1�����文献标识码:ATheAssistedExcitationsforPhotocatalysisandTheirApplicationsinEnvironmentTreatmentsYIZhigang1,2,XUXiaoling2,ZHOUZuowan2(1�DepartmentofBasicCourses,SouthwestJiaotongUniversity,EmeiCampus,Emei614202;2�KeyLaboratoryofAdvancedTechnologiesofMaterialsofMinistryofEducation,SchoolofMaterialScienceandEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031)Abstract��Semiconductorphotocatalyticmaterialswithuniquephotochemicalpropertiesdisplayabroadapplica�tionprospectsinthefieldofenvironmentaltreatment.Theexistingproblemsofphotocatalysisinenvironmenttreat�mentinrecentyearsareanalyzed,andtheresearchdevelopmentsandapplicationsrespecttosono�photocatalysis,elec�tro�photocatalysis,microwave�photocatalysis,thermo�photocatalysisarereviewed.Themechanismsofsynergisticeffectsontheassisting�photocatalyticoxidationsareanalyzed,andthefutureprospectsinphotocatalystsarealsodis�cussedinthispaper.Keywords��photocatalysis,sono�photocatalysis,electro�photocatalysis,microwave�photocatalysis,thermo�photocatalysis,environmenttreatment�*国家�十一五863计划(2009AA03Z427);西南交通大学峨眉校区科技基金资助项目(20090131)�易志刚:男,1979年生,博士生,讲师,从事环境功能材料研究�周祚万:通讯作者,博士生导师,教授�Tel:028�87600454�E�mail:zwzhou@at�c.net��自20世纪70年代日本学者HondaK和FujishimaA发表了关于在n�型半导体TiO2电极上光解水的论文[1]以来,多相光催化材料很快引起了人们的极大兴趣。随后,加拿大科学家Carey等[2]将纳米TiO2光催化技术应用于剧毒多氯联苯的降解研究,揭开了光催化技术在环保领域应用的序幕。大量研究表明[3-8],半导体光催化材料受到一定波长的光照射时,其价带上的电子被激发到导带,产生电子�空穴对,部分电子、空穴迁移到材料表面,并与材料表面吸附的某些物质发生电荷俘获或转移反应,形成HO!、O2-!、HO2!等具有高活性的自由基,而且借助后者的高化学活性还可将有机污染物转化成CO2、H2O、SO42-、NO3-、PO43-以及卤素离子等无机小分子物质。窄禁带光催化材料(如CdS、CdSe、PbS、MoS2、Cu2O、��Fe2O3等)的可见光吸收能力强,但催化活性较低,且易发生化学和光腐蚀,在水中形成有害离子,故不适合用于污染物降解;宽禁带光催化材料(TiO2、ZnO、Sr�TiO3、ZnS)具有良好的光催化性能,但只有在紫外光照射下才能被激发,且光生电子与空穴的复合率高,光量子效率低,使其在污染治理领域的应用受到很大限制。为此,科研工作者对半导体材料进行了大量改性研究,提出了诸如半导体复合、贵金属沉积、金属离子掺杂、非金属离子掺杂、染料敏化等技术措施,使半导体材料的光催化性能得到了很大改善[9]。除此之外,研究还发现超声波、电化学、微波、热等可作为激活半导体材料的能量源,与光照联合作用产生很好的协同效应,有效提高半导体材料的催化活性。不同能量激发半导体产生催化活性或多种能量与光照协同作用激发半导体产生催化活性越来越成为高级氧化技术降解污染物的重要研究方向。1�声�光协同催化在超声波化学氧化或超声波分解反应过程中,频率在20~1000kHz的超声波能在水溶液中产生超声空化效应,微小的空化气泡在瞬间形成、崩破,释放出大量的能量,在空化!7!光催化的辅助...
