近日，《催化學報》在線發(fā)表了江蘇大學霍鵬偉教授團隊在光催化環(huán)境修復領域的最新綜述文章。該工作綜述了多相光催化體系的基本原理、面臨挑戰(zhàn)、半導體光催化劑及其改性策略在多相光催化環(huán)境修復中的應用進展，并對多相光催化在環(huán)境修復領域的未來發(fā)展方向進行了展望。論文第一作者為：王慧杰，論文共同通訊作者為：霍鵬偉、李鑫。
02背景介紹
日益嚴重的環(huán)境污染問題深刻影響著人類的生存和健康，探究價廉、反應條件溫和且高效的污染物降解技術成為了目前研究的熱點。多相光催化技術作為一種直接利用太陽光降解多種污染物的先進氧化工藝在環(huán)境修復領域的研究中已成為一個具有重要研究意義的課題。然而，由于環(huán)境中污染物逐漸呈現(xiàn)多樣化和復雜化，多相光催化技術在環(huán)境修復中的應用中面臨著眾多挑戰(zhàn)，亟需進一步開發(fā)高效的半導體光催化材料和修飾策略，以及結合先進的表征技術和理論計算等方法探究反應機理，從而進一步提高污染物的光催化降解活性，實現(xiàn)多相光催化技術的規(guī)?；瘧?。
03本文亮點
(1)本文將多相光催化技術在環(huán)境修復領域的基本原理、半導體材料及修飾策略進行了系統(tǒng)的討論。本文將其基本原理分為五個過程，并著重討論了光催化反應體系中環(huán)境系統(tǒng)、活性氧物種、維度結構、界面效應，載流子傳輸機制，能帶結構，熱力學和動力學過程等因素對反應體系的影響。
(2)在多相光催化技術在環(huán)境修復中面臨的挑戰(zhàn)討論中，梳理了應用于環(huán)境修復中的半導體材料和半導體修飾策略的最新研究進展。并重點介紹了各種半導體修飾策略：異質(zhì)結系統(tǒng)、缺陷工程、助催化體系、元素摻雜、活性氧物種體系以及金屬磷化。此外，詳細闡述了各種異質(zhì)結體系在電荷轉移機理方面差異、優(yōu)勢和未來的發(fā)展方向。
(3)最后，總結了多相光催化技術在環(huán)境修復中的應用進展，并對多相光催化在環(huán)境修復領域的未來發(fā)展方向進行了展望：開發(fā)性能優(yōu)異的半導體材料和半導體修飾策略，結合半導體材料的光電性能、光催化活性以及先進的表征手段和理論計算等，為理解、研究和設計各種環(huán)境污染物的光催化修復體系提供參考，并最終實現(xiàn)多相光催化環(huán)境修復的規(guī)?；瘧谩?span style="display:none">eDM新型光催化網(wǎng)_水庫治理_河道治理_水生態(tài)修復_水環(huán)境治理與修復_江蘇雙良環(huán)境科技有限公司
04圖文解析
大量研究已證明多相光催化可有效降解復雜和多樣的環(huán)境污染物。然而，還未能實現(xiàn)多相光催化的規(guī)?；瘧谩；诖耍疚脑敿氂懻摿硕嘞喙獯呋幕驹?、在環(huán)境污染物修復中的應用、半導體材料以及修飾策略，以期為多相光催化在環(huán)境修復中的進一步研究提供參考。
要點1：
近年來，隨著多相光催化技術的進一步完善和發(fā)展，在環(huán)境修復領域的研究逐年增加。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，環(huán)境污染物種類也逐漸趨于多樣和復雜化，將各類污染物通過多相光催化技術降解為低污染或者無污染的小分子是眾多研究者追求的目標，也成為了目前研究的熱點。
要點2：
本文將各類污染物分為四類：(1)水體中的污染物;(2)固態(tài)污染物;(3)氣態(tài)污染物;(4)病原微生物。多相光催化降解污染物的過程中，其基本原理通常包括五個步驟：(1)污染物的吸附;(2)一定能量的太陽光照射在光催化劑表面并成功激發(fā)光生電子和空穴對;(3)一部分光生電子空穴對在光催化劑內(nèi)部或表面發(fā)生復合，另一部分光生電子空穴對遷移至半導體表面;(4)污染物的在活性氧物種作用下發(fā)生氧化或還原反應，并最終降解為小分子化合物;(5)小分子化合物脫附后，光催化降解反應繼續(xù)進行。
要點3：
二維層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)及其衍生物已廣泛應用于多相光催化降解環(huán)境污染物。LDHs通常由兩個或兩個以上二價(如Zn2+、Cu2+、Ni2+、Co2+、Mg2+)或三價金屬(包括Al3+、Ga3+、Cr3+、Fe3+)氫氧化物組成，通過調(diào)整不同的金屬材料組合可以使LDHs具有獨特的結構和電子性能。此外，盡管可以根據(jù)應用需要對金屬陽離子進行修飾，但由于層間的陰離子保持了電荷中性，所以LDHs的骨架基本不變，保持了良好的穩(wěn)定性。此外，基于LDH的材料具有表面積大、能帶結構可調(diào)、光吸收范圍寬等特點，為光催化降解環(huán)境污染物的設計、優(yōu)化和機理研究提供了新的途徑。
要點4：
從熱力學角度看，光催化劑的CB和VB與反應電勢的差異是光催化反應的一個特定的動力來源。然而，單一光催化劑應具有更負的CB和更正的VB，才可表現(xiàn)出較強的氧化還原能力。相反，為了更高的太陽能收集效率，需要更正的CB和更負的VB位置。考慮到這一矛盾，設計合理的異質(zhì)結系統(tǒng)是有效分離光催化劑中電子空穴對的有效策略之一。異質(zhì)結系統(tǒng)主要有：p-n異質(zhì)結、表面異質(zhì)結以及最新提出的S型異質(zhì)結等。
要點5：
具有代表性的光催化劑根據(jù)其能帶結構可分為兩類:氧化型光催化劑(OP)和還原型光催化劑(RP)。S方案異質(zhì)結由RP和OP組成，在RP的CB上的e-和OP的VB上h+被保留下來，從而保留了較強的氧化還原電位，此外，在內(nèi)建電場，能帶彎曲和靜電相互作用等三個因素的協(xié)同作用下，實現(xiàn)了光生電子空穴的空間分離，從而大大提高光催化效率。如Wang等人利用S摻雜g-C3N4與TiO2構建了一種S型異質(zhì)結復合材料，與純TiO2和SCN相比，SCN/TiO2復合材料對CR的光催化降解活性明顯增強。
要點6：
金屬磷化技術在超級電容器、光催化析氫、催化轉化和環(huán)境修復等領域具有廣闊的應用前景。常用的磷化金屬主要有Fe、Co、Ni、Mo等過渡金屬，為了提高電荷分離效率，周期表IIIA中具有獨特物理化學性質(zhì)的金屬Ga和金屬In通常被用作助催化金屬。值得注意的是，P可以與金屬偶聯(lián)形成金屬- P鍵，從而提高光催化劑的捕光能力和電子的傳輸能力。
05全文小結
1. 多相光催化技術作為一種直接利用太陽光降解多種污染物的先進氧化工藝在環(huán)境修復領域的研究中引起了廣泛關注。然而，由于自然環(huán)境中污染物種類越來越多樣和復雜, 多相光催化技術在環(huán)境修復領域中尚未實現(xiàn)大規(guī)模的應用。2. 本文首先對環(huán)境修復中半導體多相光催化的基本原理, 光催化過程中活性氧物種的種類及其作用機制進行了系統(tǒng)介紹。并通過引入環(huán)境中潛在污染物和光催化環(huán)境修復領域面臨的挑戰(zhàn)，以具體實例詳細地介紹了近年來應用于環(huán)境修復中的多相光催化半導體材料及各種半導體修飾策略。3. 總結了多相光催化技術在環(huán)境修復中的應用進展, 并對多相光催化在環(huán)境修復領域的未來發(fā)展方向進行了展望。
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