纳米材料光催化技术现状论文

浅谈纳米材料光催化技术研究现状摘要：近年来，人们对半导体纳米光学材料的研究越来越广泛。从1972年fujishima和honda利用tio2电极实验发现光解水现象开始，人们逐步开始对半导体材料进行研究。本文就纳米材料光催化技术研究现状和发展前景进行了简要介绍。

关键词：纳米材料，光催化

一、纳米材料的分类

人类对材料科学的探索与研究已有上千年的历史了，但是纳米材料作为新型材料的一种，其从发展到现在也不过二三十年的时间。1984年，德国著名学者通过现代技术将一个6nm的铁晶体压制成纳米块，并详细的分析了其内部结构的改变而引起的性能差异。发现从强度和硬度上都较普通钢铁强很多倍，并且在低温下失去传导能力，随着自身晶粒尺寸的减小，材料的熔点也会随之降低。1990年，纳米科技大会在美国第一次胜利举办，《纳米技术杂志》的正式创刊标志着纳米科技从此正式开山立派。而我国的纳米领域的研究基本与国际发展同步，目前已具备开展纳米科技的研究条件，国家重点研究机构对相关高科技的研究步伐不断加快，部分领域已经与国际先进水平持平，这些都为实现跨越式发展提供了可能。近年来，我国通过结合国家战略需求，对纳米技术在能源、环境、资源和污水处理等领域开展深入研究，纳米材料净化机、助燃剂、固硫剂和降解剂等新型产品相继研究成功。

人们对于一门新学科——纳米材料学的研究已经有一定的进

展。通常纳米材料以三种方式分类：按结构分类、按化学组分分类和按应用分类：

1、按结构分，我们通常将其分为四类：第一类是具有原子簇与原子束结构的零维纳米材料；第二类是具有纤维结构的一维纳米材料；第三类是具有层状结构的二维纳米材料；第四类是晶粒尺寸至少在一个方向上在纳米量级的单位纳米材料。

2、按化学组分，通常又有两种分类方式，一种是按材料的化学性质分类，另一种是按材料的物理性质分类。按材料化学性质，我们通常将其分为纳米金属材料，纳米晶体材料，纳米陶瓷，纳米玻璃，纳米高分子和纳米复合材料；按材料物理性质，我们可将纳米材料分为纳米半导体材料，纳米磁性材料，纳米非线性光学材料，纳米铁电体材料，纳米超导材料和纳米热电材料等等。

3、按应用，我们可将其分为纳米电子材料、纳米光催化材料、纳米生物医学材料、纳米光敏材料、纳米储能材料等等。

二、纳米光催化技术的研究现状

光催化特性作为纳米材料的一种光学特性而被人们广泛研究。它指当物质在光照条件下，自身由于独特的光学催化特性，使污染物（包括有机物、无机物）在光照条件下自身降解的过程。光催化过程是光反应过程和催化过程的融合，是半导体纳米材料自身将光能转化为化学能的过程。光催化技术是一种深度的氧化还原过程。作为纳米光催化反应的降解剂来说，半导体纳米材料有着独特的优势和特点：首先，反应过程中利用绿色环保的太阳能作为反应的前

提条件，这样做一方面在自然环境下进行反应能够有效的降低能耗，节约资源利用，并且不会在反应过程中引入新的杂质；另一方面对于反应本身来说，操作简单，适用范围广阔，对实验本身及对环境都不会造成二次污染；其次，催化剂本身无毒害、对环境无污染、稳定性较好，并且可以循环利用，极大的提高了资源再利用的原则；最后，光催化降解过程彻底、不复发，最后的生成物为有机小分子等各种无毒性产物。

在当今社会飞速发展下，由于人口数量的急剧增加而导致的环境污染问题和资源匮乏问题变得日趋明朗化，而人类对于环境污染的治理和创造新能源已经成为我们可持续性发展战略下所研究的

重大课题。为了早日解决环境和能源两大问题，在不同领域中的科研工作者们积极探索，寻求最优的途径来解决这两大难题。其中，利用环保能源处理上述难题已成为人们解决问题的方向标和标准线。太阳能是人类利用的最便捷的环保能源之一，而光催化技术由于其反应条件平缓、制作工艺简便、无污染无副作用、具备较高催化性能等方面的独特优势而成为人类所看好的探索领域之一。

三、纳米光催化技术的发展前景

催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，

可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。

纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，尤其是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子-空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中对应的反应成分发生氧化和还原反应。

光催化反应涉及到许多反应类型，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等，其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米tio2，既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催化活性较高的tio2/sio2负载型光催化剂。ni或cu-zn 化合物的纳米颗粒，对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂或钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究，是未来催化科学不可忽视的重要研究课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。

参考文献：

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作者简介：林雪，女，硕士研究生，研究方向：纳米光学材料的制备及表征.

牛文成，男，硕士研究生，研究方向：纳米光学材料的制备及表征.