季娟 秦辰伟 张泽 陈芳 赵晓炜 李锋锋*
华北理工大学材料科学与工程学院
河北省（唐山）陶瓷产业技术研究院
华北理工大学新材料产业技术研究院 河北唐山 063000
摘要：随着生产生活的需要，光催化剂是近几年来研究的热点，本文主要根据光催化剂的组成不同进行分类，介绍几种典型的金属氧化物和金属硫化物光催化剂及其性能，并展望其未来发展。
关键词：光催化剂；性能；未来发展。
1.前言
光催化剂是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的半导体材料的总称。光催化剂是一种在光照射下能进行化学反应的高活性催化剂，其本身在反应前后却没有变化并且无毒无污染。光催化剂在生产生活中应用广泛，可用来处理污水、净化空气、抗菌消毒、自清洁镀膜并且能产生H2清洁能源等[1]。本文主要介绍几种典型的金属氧化物和金属硫化物光催化剂及性能，并展望光催化剂的未来发展。
2.光催化剂的分类
2.1金属氧化物光催化剂
2.1.1 TiO2类型光催化剂
1967年，日本学者藤岛与其导师通过实验发现H2O在TiO2电极上光催化分解产生H2和O2，从此打开了光催化领域的大门。TiO2是一种具有良好的化学稳定性、反应条件温和、价格便宜且无毒的一种性能良好的光催化剂。TiO2在生产生活中用途广泛，可以利用它处理水污染和空气污染，也可以附着在物质表面起到清洁效果，但利用TiO2做光催化剂时只能利用紫外线照射才它能发挥作用，徐艺军[2-3]研究发现，石墨烯负载TiO2能有效改善该缺点。随着科技的发展，纳米技术逐渐成熟，纳米级材料开始兴起，使纳米级TiO2光催化剂在环境污染等方面性能更加完善。由于纳米级TiO2能屏蔽部分的紫外线照射，还可以将其应用到食品包装中，可以有效的减缓食品变质的时间，有利于食品的保存。纳米级TiO2还能够有效的分解病原菌，这是相比传统TiO2性能更加优异。
2.1.2纳米Bi2O3类光催化剂
1988年Harriman等[4]研究发现并提出Bi2O3也可以作为一种光催化剂。Bi2O3属于可见光响应光催化剂，并且它是P型半导体。Bi2O3材料具有许多氧空位，电荷也就更加活跃，有较强的光生电子和空穴分离能力并且对可见光的利用率较高。但Bi2O3是一种多晶型物质，常见有四种晶型，在温度发生变化时各种晶型间存在着相互转化的过程，导致Bi2O3化学性能不稳定，因此纯的Bi2O3光催化效果并不理想。为了改善其性能，可在Bi2O3中参杂金属离子，最早进行掺杂的是Cu[5]，实验得出当掺杂4%的Cu时，此时复合的Bi2O3材料光催化性能相比与纯Bi2O3得到了极大改善。纳米Bi2O3类光催化剂主要应用在环境与能源方面，可以利用它降解污水中有机药品等污染物，还可以将CO2还原为，起到净化空气的作用。除此之外，
Hernandezdelgadillo等[6]通过研究发现，纳米级Bi2O3还具有抑菌功效，可以有效的减少85%左右的白色念珠菌落。
2.2金属硫化物类光催化剂
2.2.1 CdS类光催化剂
CdS是Ⅱ-Ⅳ族化合物，不易溶于水。
CdS是具有直接带隙（约为2.5eV）的n型半导体，其带隙较窄，因此也是一种可见光响应的光催化剂。除此之外，它具有更负的导带电势，并且具有良好的光生载流子的传输能力，从而延长载流子的寿命导致其光催化性能提高。但是，CdS具有易被光腐蚀并且光生电子空穴对复合速度较快的缺点，从而降低了其光催化效果。为了改善其性能提高光催化它的能力，赵荣祥等[7]在离子液体辅助下，采用水热法制备出枝状CdS光催化剂，紫外灯下反应280 min 后，甲基橙降解率达到85%。还可通过形成CdS基有机-无机杂化材料，进行负载助催化剂，改变CdS形貌等方式来提高其稳定性和催化效果。
2.2.2 CuS类光催化剂
CuS是一种禁带宽度介于1.2~2.0eV之间的P型半导体，在温度降为1.6K时，转变为超导体。CuS是一种良好的可见光响应光催化剂，价格便宜并且无毒无害，因此它是一种良好的光敏剂。但由于其制备条件较苛刻，导致CuS在实际生产中的应用受到限制。研究表明，通过单甩带技术制备Ti-Cu系非晶薄带，再采用脱合金方法制备会大大降低反应条件的限制[8]。Qian J等[9]成功制备出石墨烯复合CuS光催化剂，经过检测发现该复合型光催化剂的降解效率大大提高。
3.总结与展望
光催化剂是一种环境友好型、无毒、具有高效的催化能力的性能优异的催化剂，其特性符合现在保护环境的主题，因此被广泛应用于生产生活中。虽然光催化剂现在已经被广泛的应用，但在制备和保存中仍存在一些问题，比如CuS的制备条件苛刻，导致CuS在生产中受到限制；CdS易被腐蚀不利于其保存。随着研究发展，一些负载型光催化剂产生，能很大程度改善其缺点并提高相应的性能，使其催化效果更加优异。由此可见，光催化剂在未来的应用将更加广泛[1]。
参考文献：
[1]卢秋杭，任凯彬，姜昊，等.中国陶瓷工业，2020，（4）：19-23.
[2]Zhang Y H，Tang Z R，Fu X Z，et al.ACS Nano，2010，4（12）：7303-7314.
[3]Zhang Y H，Tang Z R，Fu X Z，et al. ACS Nano，2011，5（9）：7426-7435.
[4]Harriman A，Thomas J M，Zhou W，et al.Journal of Solid State Chemistry，1988，72（1）：126-130.
[5]Maruthamuthu P，Gurunathan K，Subramanian E，et al.International Journal of Hydrogen Energy，1993，18（1）：9-13.
[6]Hernandezdelgadillo R，Velascoarias D，Martinezsanmi guel J J，et al.International Journal of Nanomedicine，2012，8（4）：1645-1652.
[7]赵荣祥，李秀萍，徐铸德.材料工程，2014，28（2）：7-12.
[8]冯雨婷.河北工业大学.
[9]Qian J，Wang K，Guan Q M，et al. Applied Surface Science，2014，（288）：633-640.
基金资助：河北省高等学校科学技术研究项目QN2019049，华北理工大学大学生创新创业训练计划项目X2019082.
第一作者：杜含笑，华北理工大学材料科学与工程学院，研发方向：无机功能材料。
通讯作者：李锋锋，华北理工大学材料科学与工程学院，研发方向：光功能材料，陶瓷复合材料。