《表2 催化剂光催化降解VOCs性能比较》

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《光热催化氧化VOCs的研究进展》

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注:“—”表示未明确。

以半导体材料为催化剂的多相光催化氧化反应可室温条件反应，可直接利用太阳光作活化催化剂并驱动氧化还原反应，是一种低能耗的理想技术[16]。光催化氧化技术是指半导体催化剂在光的辐照下，电子从价带跃迁到导带位置，在导带形成光生电子，在价带形成光生空穴。光生电子空穴对的还原氧化性质能够降解VOCs，还可以与吸附在催化剂表面的O2或H2O充分接触后，生成超氧自由基或羟基自由基等。这些强氧化性自由基与VOCs通过一系列的化学反应，最终将VOCs降解为CO2和H2O，如图2所示。Ti O2基于优异的紫外光响应、载流子的强氧化能力和良好的稳定性，是目前处理VOCs研究最为广泛的光催化剂，但其带隙较宽，仅对紫外光有响应，在很大程度上限制了对太阳光的利用。近年来，人们一直致力于拓宽催化剂光谱的响应范围，相关策略[17，18]包括:1)对现有催化剂的结构和组成进行改性，具体体现在通过减小晶粒尺寸、过渡金属离子掺杂、非金属离子掺杂、表面光敏化、半导体复合、制备中孔结构光催化剂等；2)开发新型的光催化剂，如Pt-Bi2WO6、BiVO4/Ti O2等。表2比较了近些年来文献报道的催化剂光催化降解VOCs性能。这些研究将光催化响应范围拓展到可见光区域，但对近红外光的利用难度仍较大。降低禁带宽度虽然会使催化剂吸收光子数目增加，但超出禁带宽度能量的光子能量将会通过电子-声子等相互作用损失。此外，大部分光生电子和空穴因在体相和表面迁移处复合而得不到有效利用，导致光催化氧化技术在处理难降解VOCs时活性不高、高空速VOCs时净化效率不高、快速失活等问题。