TS-1光催化劑的制備及應用研究進展

嚴 群, 馬夢霞, 延 旭, 毛艷麗*, 康海彥, 宋忠賢

(1. 江西理工大學 土木與測繪工程學院,江西 贛州 341000; 2. 河南城建學院 河南省水體污染防治與修復重點實驗室,河南 平頂山 467000)

鈦硅分子篩(TS-1)是一種具有MFI拓撲結構、孔道結構規整、比表面積較大和水熱穩定性較高的催化劑[1]。傳統上,TS-1作為工業催化劑,廣泛應用于有機物的選擇氧化反應,如苯酚羥基化[2-3]、烷羥的部分氧化[4-5]、烯烴環氧化[6-7]和酮的氨氧化[8-9]等。近年來,由于TS-1具有優異的吸附能力、高選擇性的催化活性中心和良好的穩定性等優點,已被證實是一種很有前途的光催化劑,廣泛應用于能源環境領域,如水分解制氫、CO2還原和污染物的降解等。

LEE等[10]研究了TS-1分子篩在紫外光照射下光催化分解4-硝基苯酚(4-NP),也是最早報道以TS-1為催化劑在水溶液中進行光催化反應的研究。研究結果表明,在UV/TS-1體系中加入H2O2較易生成·OH,提高了反應速率。但是,由于TS-1催化劑僅對紫外光響應以及光生電荷的快速復合,嚴重阻礙了TS-1作為光催化劑的實際應用。近年來,通過與碳材料偶聯[11-13]、金屬/非金屬摻雜[14-17]、貴金屬負載[18-20]以及構建異質結構[21-24]等方式對禁帶較寬、電子-空穴對易復合的催化劑進行修改和改性,以改善其光催化性能。其中最受歡迎的是構建異質光催化劑,該方法可以有效促進光生載流子的分離與遷移,擴大光響應范圍,從而提高催化劑的活性和穩定性。因此,TS-1通過結合可見光響應型光催化劑構建異質結構,有望作為一種光催化劑應用于有機廢水處理領域。

基于此,本文介紹了TS-1光催化劑制備方法以及提升其光催化性能的4種策略(與碳材料偶聯、金屬/非金屬摻雜、貴金屬負載和與半導體異質復合),總結了TS-1異質光催化劑在能源和環境領域的應用,討論了TS-1光催化劑目前面臨的挑戰和未來研究需要解決的關鍵問題。

1 TS-1光催化劑的制備

光催化反應的關鍵是反應物在固體催化劑表面的吸附,因此,光催化劑的表面積在光催化過程中起著重要的作用。此外,光催化劑的尺寸、形狀和結晶度對其活性也有顯著影響,而這些結構特征是由制備方法決定的。目前制備TS-1催化劑常用的方法有水熱法、微波輻射法和同晶取代法,不同方法制備得到的光催化劑具有不同的催化活性。

1.1 水熱合成法

水熱合成法以水為介質,在密閉高溫反應釜中反應。水熱法是合成TS-1最常用的方法,一般有3個過程:一是將鈦源、硅源、模板劑和水按一定比例及順序混合后經過蒸醇得到飽和鈦硅混合凝膠;二是凝膠放入晶化釜在高溫自生壓力下晶化;三是對晶化釜底的固體產物洗滌、離心、干燥和煅燒。TARAMASSO等[25]首次以硅酸四乙酯(TEOS)為硅源,鈦酸四乙酯(TEOT)為鈦源,四丙基氫氧化銨(TPAOH)為模板劑,通過經典水熱法合成TS-1催化劑,制備過程如圖1所示。該方法合成條件苛刻,需要隔絕空氣和水,容易形成無催化活性的非骨架鈦,而且模板劑TPAOH價格昂貴,用量較大,導致TS-1催化劑合成成本較高。隨后,THANGARAJ等[26]在經典水熱法的基礎上改進了TS-1的合成方法,以水解速率較慢的鈦酸四丁酯(TBOT)為鈦源,并用異丙醇絡合鈦源,減慢鈦源水解速率,使鈦源和硅源的水解速率相匹配,促進鈦進入分子篩骨架,形成具有催化活性的骨架鈦,從而提高TS-1催化劑的性能。接下來,可以通過水熱法制備形貌可控、尺寸均一和結晶良好且團聚程度較輕的TS-1光催化劑,用于能源環境領域。

1.2 微波輻射法

近年來,微波輻射法已發展成為一種制備納米材料的有效方法。微波輻射法與傳統水熱法區別在于晶化方式。傳統水熱法采用傳統烘箱方法水熱晶化,而微波輻射法采用微波反應器加熱晶化。微波輻射法主要是利用微波反應器的內加熱特性,使晶化液在較短的時間內被均勻加熱,促進晶核的萌發,提高晶化速率。因此,與傳統水熱合成法相比,微波輻射法晶化時間短,合成的催化劑結晶度和純度均較高。HWANG等[27]采用微波福射法合成了具有纖維狀晶貌的Ti-MFI-MW分子篩。XRD和SEM表征結果顯示,晶體在晶化進行20 min后便開始生長,在晶化時間達到60 min時,晶體就已完全晶化。并且所合成的纖維狀Ti-MFI-MW分子篩具有較低的堆積密度、較高的疏水性、較強的催化性能和較高的吸附選擇性等優點。隨后,HWANG團隊[28]分別采用微波法和傳統水熱法分別合成Ti-MFI-MW和Ti-MFI-CH分子篩,并對比了2種方法制備的催化劑理化性質(如表面疏水性、吸附)和催化性質的差別。

結果表明,2種方法得到的分子篩形貌差距巨大,水熱法形成單分散的顆粒,而微波法形成由小晶?；ハ噙B接形成的纖維狀,且樣品表面羥基含量更少,疏水性增強,催化性能更優異。另外,與傳統水熱法相比,微波法制備時間明顯縮短,該法合成光催化劑也具有較好的應用前景。

1.3 同晶取代法

同晶取代法一般以水熱合成法或微波輻射法合成的分子篩為母體,然后二次合成將鈦原子引入分子篩中。同晶取代法通常分為2種,一種是以(NH4)2TiF6為鈦源的液固同晶取代法,液相法應用較少;另一種是以TiCl4為鈦源的氣固同晶取代法,氣相法應用較為廣泛。氣相法一般包括2個步驟,即在HCl溶液中脫硅或脫鋁和TiCl4鈦化。通常對于氣相法合成TS-1分子篩的機理主要有2種觀點:“同晶取代”機理認為鈦原子直接與骨架中的硅、硼和鋁原子發生取代反應,如圖2(a)所示;“原子植入”機理則認為首先要對分子篩母體進行預處理使其脫除鋁或硼原子產生羥基窩,或者分子篩母體自身的缺陷,通入鈦原子與羥基窩發生作用而進入分子篩骨架[29],如圖2(b)所示。 KRAUSHAAR等[30]首先提出以硅鋁物質的量之比為50 ∶1的ZSM-5分子篩為母體,用1 mol·L-1的HCl溶液處理脫除鋁原子形成硅鋁比物質的量之比為2000 ∶1的高硅分子篩,在高溫氮氣保護下通入TiCl4蒸汽,其與羥基窩發生作用,鈦原子占據空穴形成Ti-ZSM-5。研究表明,Ti-ZSM-5與TS-1的骨架結構相同,而且合成成本低。但是由于含鋁分子篩中的骨架鋁不易被脫除,并且ZSM-5中含有較多雜質(如Na+、 Al3+),抑制鈦原子進入骨架,導致其在催化反應中的性能遠低于水熱法合成的TS-1催化劑。然而,由于硼原子容易進出分子篩骨架,李明豐等[31-33]嘗試以B-ZSM-5為母體,通過氣固法制備Ti-ZSM-5,并首次提出了“筑窩植鈦”的觀點。劉民等[34]以SiO2和B2O3物質的量之比為5 ∶1～100 ∶1的B-ZSM-5為前驅體合成不同鈦含量的Ti-ZSM-5。前驅體中硼含量越多,經HCl處理后羥基窩越多,鈦化處理后鈦進入骨架的量越多,但當SiO2和B2O3物質的量之比增加到100 ∶1時,非骨架鈦和銳鈦礦鈦急劇增加不利于催化反應,表明可以通過調節前驅體中硼的含量來控制鈦化過程中樣品中鈦量。以上研究,為合成用于緩解能源危機和解決環境污染的TS-1光催化劑提供設計思路。

圖2 氣固相法制備Ti-ZSM-5機理

2 提高TS-1光催化活性的策略

半導體光催化劑被能量等于或大于帶隙的光照射時,價帶(VB)中的光生電子被激發到導帶(CB),并在VB產生相應的空穴。在電場的作用下,可以將光生電子空穴分離并遷移到半導體表面。光生電子與空穴分別與光催化劑表面吸附的物質發生還原和氧化反應產生活性物質,從而實現污染物的降解、制氫和二氧化碳還原等目的。TS-1是一種具有優異的吸附性能、高選擇性催化活性中心和氧化還原性能好的光催化劑。但由于光生電子空穴快速復合以及光吸收不足等嚴重限制了其在光催化領域的應用。因此,提高半導體光催化性能需要從2方面考慮:一是減小帶隙拓寬光譜響應范圍;二是將CB向負帶移動和或VB向正帶移動。但是這2個目標是互相矛盾的,因此很難在單組分光催化劑中同時實現[36]。因此,接下來將從與碳材料偶聯、金屬/非金屬摻雜、貴金屬負載以及與半導體異質復合等多種改性策略進行綜述。圖3顯示了提高半導體光催化活性的策略。

圖3 改善光催化活性的策略

2.1 與碳材料偶聯

自2004年石墨烯的首次發現以來,碳基材料在光催化領域受到了廣泛的關注[37]。人們普遍認為,碳基材料良好的導電性能有效加速各種光催化劑中電荷的遷移,從而促進光生電子與空穴的分離,提高半導體的光催化活性[38]。夏陽等[39]采用微波水熱法合成了碳納米管(CNTs)與CaIn2S4的復合光催化劑。結果表明,在可見光照射下,添加適量CNTs的樣品光催化活性明顯增強。CNTs/CaIn2S4光催化降解X-3B染料和H2生成速率約為純CaIn2S4的2倍。光電流和PL光譜分析表明,這主要是由于CNTs與CaIn2S4之間的強耦合界面。在光照下,CaIn2S4半導體產生的光生電子能夠轉移至CNTs,極大地提高了光生電荷的分離,提高光生電荷的利用率。李平等[40]通過原位結晶法制備了碳納米纖維(CNF)與TS-1的復合光催化劑。由于TS-1與CNF之間強烈的相互作用以及載體CNF特有的結構,使TS-1/CNF具有更好的分離性能,提高了催化劑的重復使用性。碳材料具有良好的導電活性,TS-1分子篩與其復合可以充分提高光生電荷的利用率,也可作為載體提高TS-1分子篩的重復使用性。雖然TS-1與碳材料形成的復合材料在有機催化方面的應用已經得到了廣泛的研究,但在能源環境等領域的應用卻鮮有報道。污染物的降解、制氫和二氧化碳還原可能是該復合材料潛在的應用方向。

2.2 金屬/非金屬摻雜

摻雜金屬(Ni、 Sn、 Co、 Fe等)或非金屬(N、 S、 C、 O等)離子可以引入新的能級,有效縮小半導體的帶隙從而提高光吸收,摻雜離子與半導體之間電子(空穴)的轉移也可以改變電荷的分離。馬東偉等[41]通過水熱法制備Sn-MgIn2S4光催化劑用于CO2的還原。結果顯示,Sn摻雜劑取代了MgIn2S4中Mg的位置,但不改變晶體結構。Sn-MgIn2S4的能帶結構由直接躍遷變為間接躍遷,能帶隙減小,從而擴大光吸收范圍。另外,摻雜Sn有效促進MgIn2S4的電荷分離,與純MgIn2S4相比,Sn-MgIn2S4樣品顯著增強CO2的還原活性。但是,摻雜過量Sn會降低CO2的轉化率,這是由于金屬離子會成為電子-空穴對的復合中心,導致電子與空穴轉移到界面更加困難。KHAN等[42]通過離子交換法在TS-1納米片(TS-1NS)骨架的離子交換位點引入Ni2+,顯著增強了其光催化醇氧化及污染物降解的反應活性。引入的Ni2+可以捕獲電子提高電荷分離,也可以作為活化O2的催化位點。另外,摻雜非金屬離子(陰離子)也是改善半導體光催化性能的一種有效方法,可以擴大其光響應范圍至可見光[43-46]。與金屬離子(陽離子)摻雜不同,陰離子很少形成復合中心,因此,更有效地提高光催化活性。摻雜改性是一種簡單的方法,可以通過減小半導體的帶隙,擴大光吸收范圍,從而在可見光和紫外光下都具有活性。目前為止,摻雜離子以改善TS-1光催化性能已有研究,但沒有關于離子摻雜改性TS-1,并與半導體構成異質結光催化劑的研究。因此,接下來可以通過摻雜離子降低TS-1分子篩的帶隙使TS-1的光響應范圍由紫外區擴大至紫外和可見光區,并與還原性光催化劑復合構成Z型異質結光催化劑,保留較強的氧化還原活性,增強電荷的分離,從而有效提高光催化活性。

2.3 貴金屬負載

添加貴金屬,如Au、 Ag、 Ni、 Pt和Pd等,已被報道可以有效提高半導體的整體光效率。因為貴金屬的能帶低于半導體的CB,因此光激發電子可以從半導體的CB轉移到沉積在其表面的金屬顆粒上,而VB中產生的空穴仍然留在半導體表面,實現電子-空穴的有效分離,提高了光催化反應效率[47]。李乃旭等[48]通過水熱浸漬法制備Au-Ag/TS-1雙金屬催化劑用于丙烯的光催化環氧化。雙金屬負載有利于O2吸附和反應,同時促進了電子的運輸,從而抑制電子-空穴對的復合,有利于氧自由基的形成。結果表明,Au和Ag之間的協同效應使雙金屬體系具有更強的光催化性能。KHAN等[35]通過光還原法制備Ag/10hCN/TS-1納米復合材料用于CO2的還原。與10hCN/TS-1相比,1.5Ag/10hCN/TS-1的熒光分光光度計(FS)響應明顯增強。因此,Ag納米顆粒作為電子俘獲劑有效促進電子和空穴的分離。如圖4所示,在光照射下,電子會被激發到TS-1和hCN兩者的CB中,并在VB中產生空穴,負載金屬Ag可以從hCN的CB中捕獲電子,從而促進電子和空穴的分離,提高光催化性能。另外,引入金屬Ag后,由于表面等離子體共振(SPR)效應延長了光催化劑的可見光吸收。結果表明,Ag納米顆粒提高了10hCN/TS-1的整體活性、選擇性和穩定性。貴金屬沉積通過改變電子的分布而修飾了半導體的性質,當兩種物質接觸時,光生電子就會不斷地從半導體向沉積金屬遷移,促進光生電荷的分離。此外,貴金屬的沉積經常引起表面等離子共振以及肖特基勢壘,擴展半導體的吸收波長范圍,使可見光用于激發寬帶隙半導體成為可能。除了進行單金屬的沉積外,雙金屬沉積為選擇性的精確調控帶來了更多可能。

圖4 Ag/10hCN/TS-1催化劑光催化還原CO2機理[35]

2.4 半導體異質復合

在光催化反應中,由于TS-1禁帶較寬導致太陽能利用率低、光生電子和空穴復合導致量子產率降低。通常單相催化劑很難在增加光響應范圍的同時抑制光生電子與空穴的復合,兩者是相互矛盾的。然而,光催化劑與第2種半導體構建異質結構可以增加比表面積、延長光吸收范圍。在光電性能方面,光催化劑中異質結構的存在增強了光生電荷分離,延長載流子的壽命[49]。根據這2種半導體不同的排列方式,半導體異質結構可以分為3種典型類型,如圖5(a～c)所示:Ⅰ-型、Ⅱ-型和S-型異質結構。傳統的Ⅰ型和Ⅱ型異質結構可以有效促進光生電荷的分離,但降低了光生電子的還原能力和光激發空穴的氧化能力。而S型異質結構可以克服Ⅱ型異質結構的缺陷,氧化型光催化劑CB中的電子在內置電場的驅動下很容易與還原催化劑VB中的空穴重組,保留了還原型光催化劑CB中電子和氧化型光催化劑VB中空穴,保留更高的熱力學能量來分別引發還原和氧化能力[50]?？紤]到TS-1的能帶結構,具有高CB且對可見光敏感的半導體是與其構建異質結的合適選擇,抑制TS-1光生電子與空穴的復合,同時可以延長其可見光吸收。ADEPU等[51]制備TS-1/BiVO4(BVTS)異質催化劑用于降解羅丹明B(RhB)。 UV-vis圖顯示BVTS異質催化劑在紫外和可見光區均表現出較強的吸收,進一步提高催化活性。由圖6可知,TS-1與半導體形成Ⅱ型異質結構后BiVO4導帶中的電子轉移到TS-1的導帶,從而增加電荷的分離轉移速率。在陽光照射下,BVTS異質催化劑對RhB的降解表現出更強的光催化活性。TS-1與半導體構建異質結催化劑,導致光生電子空穴對長期有效的分離,提高光生電荷的利用率。此外,異質結催化劑的構建增加了TS-1催化劑的光響應范圍,提高太陽能利用率。上述改性策略中,構建異質光催化劑可以顯著改善載流子的分離遷移和光吸收能力,被認為是提高半導體光催化活性最有效方法。因此,TS-1結合可見光響應光催化劑構建S型異質結構,保留較高的氧化還原活性,具有較好的發展前景。

3 TS-1異質光催化劑在能源環境領域的應用

TS-1分子篩自發現以來,就受到許多研究者的廣泛關注,在其合成方法和應用方面已經做了許多研究,且取得了顯著的成效。近年來,TS-1異質光催化劑被證實是一種應用于能源環境領域很有前途的光催化劑,如水分解制氫、CO2還原和污染物的降解等。TS-1異質光催化劑在能源環境領域的應用情況見表1。

3.1 水分解制氫

光催化水分解產生H2是一種很有前途的太陽能轉換和儲存途徑,因其在緩解全球能源危機和環境問題方面的潛力而受到廣泛的研究[52]。TS-1作為催化劑制備復合催化劑,在可見光下實現了光生電荷的分離,提高了光催化制氫速率。朱蒙蒙等[53]以TS-1為骨架,采用煅燒法制備CoO-TS-1光催化劑,保留了TS-1的多孔準球形形貌,尺寸范圍為200～400 nm,相比之下,未用TS-1作為基體的CoO呈現出不規則的塊體,尺寸達到幾十微米,表明TS-1會限制CoO納米點的生長,使CoO納米點分布均勻,提供更多的活性位點。光電流和電化學阻抗譜分析表明,CoO-TS-1光催化劑的電荷分離速率快。與TS-1相比,CoO-TS-1光催化活性和壽命顯著提高,使其具有較高的析H2和H2O2速率,并且高效回收的H2O2可直接用于環己烷氧化生成環己醇和環己酮,選擇性高達89.48%。該研究為高效穩定的光催化劑的設計和產品的利用提供了新的途徑。趙子喻[54]以堿化的TS-1分子篩為載體制備了NaOH-TS-1/Pd/CdS復合光催化劑。堿化后,TS-1分子篩的骨架結構未被破壞,而且介孔數量增加,具有更大的介孔比表面積。紫外可見漫反射光譜圖顯示,堿化的0.3NaOH-TS-1在紫外區吸收增強,負載Pd和CdS量子點的NaOH-TS-1/Pd/CdS的光吸收能力強于0.3NaOH-TS-1,增加了對可見光的利用率。與Untreated TS-1/Pd/CdS相比,0.3NaOH-TS-1/Pd/CdS的電化學阻抗(EIS)譜圖半圓直徑更小、光致發電(PL)光譜峰強度更低、光電流更強,說明堿化可以降低電荷轉移阻力,減少電子-空穴的復合,提高光催化活性。同時由于TS-1和CdS形成異質結、負載Pd有效抑制了電子與空穴對的分離,增加光響應范圍,有效地促進光催化析氫速率。NaOH-CdS/Pd/TS-1光催化劑制氫機理見圖7。

3.2 CO2的還原

利用太陽能將CO2還原轉化成有價值的燃料和化學品,可以同時解決太陽能儲存和降低CO2含量的問題[55]。TS-1分子篩與半導體間載流子的遷移分離,提高了電荷的利用率,從而提高CO2還原速率。DILLA等[56]通過光沉積法分別用Au和Ag對TS-1進行改性制備Ag/TS-1、 Au/TS-1催化劑,研究等離子體納米結構對光催化CO2還原活性的影響。研究表明,在帶隙吸收和等離子體共振發生重疊的情況下,可能使能量從等離子體共振誘發的電場轉移到半導體,增強了電子-空穴對的形成,從而顯著提高光催化活性。另外,催化劑的活性取決于載體的光吸收能力和金屬納米顆粒的類型。在光催化CO2還原過程中,觀察到Ag/TS-1比Au/TS-1光催化CO2還原活性更高,可能歸因為TS-1中Ti活性位點與Au納米粒子之間低的相互作用。孫元元等[57]采用離子交換-原位光沉積法合成Ag-TiO2/TS-1催化劑。研究表明,Ag-TiO2/TS-1樣品高的比表面積和豐富的Ti3+-Vo缺陷,使其不僅具有較高的CO2吸附能力,而且提高了光生電荷的分離效率。高度分散的Ag納米顆粒作為助催化劑,不僅可以顯著提高CO2吸附性能和電荷的分離效率,而且可以產生電子用于CO2還原。TiO2的高暴露{101}面作為還原位點,可以加速CO2的轉化。因此,Ag、 TS-1和TiO2之間的協同作用,提高了CO2的吸附性能和光生電子-空穴對的分離效率,使其表現出更強的CO2還原活性。Ag-TiO2/TS-1樣品光催化還原CO2的可能機理見圖8。

圖8 Ag-TiO2/TS-1樣品上光催化還原CO2機理[57]

3.3 有機污染物的降解

一般而言,光催化劑對污染物的降解效率取決于其產生的活性物質氧化還原能力的強弱。在異質光催化劑中,光生載流子的分離遷移,使其具有較強的氧化還原能力。商巧燕等[58]制備Z型異質結TS-1/C3N4復合光催化劑用于降解氧氟沙星抗生素廢水。與C3N4相比,TS-1/C3N4的帶隙值更低、光電流響應更強、PL強度更低,說明TS-1分子篩有效抑制電子與空穴的復合,促進電荷轉移分離,提高了光催化活性。在實驗數據的基礎上,采用人工神經網絡(ANN)和遺傳算法(GA)相結合的方法對實驗參數進行優化,以獲得良好的反應性能。在最佳的實驗參數下,OFX的最大去除率為82.92%。該研究為光催化處理抗生素廢水提供了重要的思路和解決方案。TS-1/C3N4光催化劑降解OFX的機理見圖9。 KHAN等[59]利用碳納米球(CNS)連續模板法(STA)成功制備了Ni2+摻雜和TS-1耦合多孔LaFeO3納米復合材料,用于CO2的還原和2,4,6-三硝基苯酚(TNP)的降解。Ni2+的摻雜通過改變表面狀態和優化能帶位置擴大了光吸收能力。而TS-1的耦合通過擴大表面積和增強電荷分離改善光催化活性。TS-1作為一種光催化劑,是光催化材料研究領域的一種拓展,光催化是TS-1研究的一種新的應用。以上研究為合成用于制氫、CO2還原和環境修復的高效、經濟的TS-1分子篩基光催化劑提供了新思路,并且TS-1在光催化技術領域的應用可以對有機化學反應催化過程起到推進作用。

圖9 TS-1/C3N4復合材料降解OFX的可能機理[58]

4 結論與展望

鈦硅分子篩TS-1具有高比表面積和氧化還原性能好等優點,廣泛應用于能源環境領域。但由于光生電荷的快速復合以及光吸收不足,限制其實際應用。通過對TS-1催化劑進行改性以提高其光催化性能,如與碳材料偶聯可以抑制其團聚、延緩光生電荷的復合以及擴大其光響應范圍;金屬/非金屬摻雜可以引入新的能級,從而有效降低催化劑的帶隙,擴大光吸收范圍;貴金屬負載可以捕獲電子,從而促進電荷的分離,延長載流子的壽命;與半導體構建異質結構可以延長光吸收范圍,增加電子與空穴分離效率,是提高半導體光催化活性最有效方法,TS-1與還原型光催化劑構建Z型異質結在能源環境方面具有較好的應用前景。TS-1異質光催化劑由于其良好的光催化性能,在環境和能源領域得到了廣泛的應用。然而,由于其還存在一些缺陷,對于未來發展,仍需進一步研究:(1)需要建立TS-1結構、組成和孔隙度等性質調控與光催化活性的提升之間的內在聯系;(2)利用TS-1光催化劑在人工固氮、常溫常壓下光誘導TS-1工業催化有機反應(如氨肟化反應等)方面仍存在許多技術難點要開展深入研究;(3)新型TS-1光催化材料,如光催化薄膜、柔性光催化劑(石墨烯、碳纖維等)TS-1光催化器件的開發將對TS-1推廣應用起到積極作用;(4)利用TS-1光催化技術是未來解決環境和能源問題的一種很有前途的方法,研究TS-1光催化技術與電催化、熱催化和生物催化聯用有望進一步拓展這類光催化劑應用范圍。