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光催化技術在能源環境中的發展與應用

2024-12-31 00:00:00楊杰陳香劉昌昊李朝升卞振鋒陳春城
太陽能 2024年7期

DOI: 10.19911/j.1003-0417.tyn20240601.01 文章編號:1003-0417(2024)07-50-12

摘 要:光催化技術是一種高效的光能利用方式,通過激發催化劑產生表面高能活性物種,進而引發表面化學反應,實現光能到化學能的轉化或加速化學反應速度。近年來,光催化技術在環境凈化、能源轉換和資源回收等領域得到了廣泛研究。綜述了近幾年光催化技術的發展與應用,就光催化技術面臨的未來挑戰和發展前景進行了探討。在環境凈化方面,光催化技術被用于降解有機污染物,以及去除大氣污染物和溫室氣體;在能源轉換領域,光催化技術被應用于太陽能轉換、分解水制氫,以及CO2還原成多碳、高價值燃料;在資源回收領域,光催化技術可以實現對廢棄電子廢料中貴金屬的有效回收。

關鍵詞:光催化;太陽能;污染物降解;水分解制氫;貴金屬回收;CO2還原

中圖分類號:O644.14 文獻標志碼:A

0" 引言

光催化是一種利用光能驅動化學反應的技術,主要包括光吸收、電子-空穴對的形成和分離、光生電子和空穴的遷移,以及催化劑表面氧化還原反應等關鍵步驟。當光催化劑捕獲光子后,其價帶中的電子被激發至導帶,形成光生導帶電子-價帶空穴對,簡稱光生電子空穴對。光生電子通常與吸附的氧化劑(例如:氧分子、質子、CO2等)發生還原反應,而空穴則與水分子或有機物質等還原劑發生氧化反應。光生電子和空穴引發的一系列氧化還原反應是光催化過程的核心。

光催化技術具有能夠在溫和條件下實現多種化學反應的能力,被廣泛應用于環境凈化、能源轉換和資源回收等諸多領域[1],其綠色環保和高效性的特點使其在現代化學工程中具有重要的應用前景。在環境凈化方面,光催化技術能有效去除水中有機污染物、農藥殘留,以及大氣中揮發性有機物等有害物質。在能源轉換方面,光催化技術被應用于太陽能轉換和分解水制氫等領域,可以實現清潔能源的生產和利用,為未來能源轉型提供了新的思路和可能性。在資源回收領域,光催化技術可以在溫和條件下高效實現貴金屬的溶解和回收。

未來,光催化技術有望成為清潔能源和綠色化學的重要支撐,為可持續發展做出更大貢獻。盡管光催化技術展現出巨大的應用前景,但其發展仍面臨材料設計、光吸收效率和催化劑壽命等方面的挑戰,需要進一步深入研究和創新。本文全面概述光催化技術在催化材料的發展,并以環境污染物處理、回收貴金屬、分解水產氫及CO2還原這4個方面闡述該技術的基本原理和應用,重點強調該技術領域的最新研究進展,同時探討其未來的應用前景。

1" 光催化技術的發展

自Fujishima等[2]在20世紀70年代初發現二氧化鈦的光解水現象以來,光催化技術便引起了科研人員的廣泛關注??茖W引文索引收錄了大量關于光催化在環境處理和能源轉換領域應用的文章,其發文量約占整個光催化領域發文量的1/3,尤其近5年(2019—2023年)的增長更為明顯,2010—2023年具體如圖1所示。中國在光催化技術應用于環境能源領域的研究成果方面表現突出,2010—2023年全球光催化技術應用于環境能源領域的總發文量排名中,中國位居榜首,如圖2所示。這些數據充分顯示了中國在環境污染治理、能源轉換及資源利用方面的科研實力和對環保事業的重視、研究的深度和廣度,國內科研機構在光催化材料的設計、制備、性能優化及實際應用等方面都取得了重要進展[3]。

光催化材料的發展一直是光催化技術研究熱點。傳統的光催化材料(例如:二氧化鈦),因其出色的光催化活性和穩定性而備受矚目[1]。同時,科研人員也在積極探索新型光催化材料,比如:鐵酸鉍[4]、氧化鋅[5]等新型光催化材料在可見光區域具有更佳的吸收性能,進而提升了光催化效果。近年來,石墨烯[6]、金屬有機框架[7]等新型材料也逐漸被引入到光催化領域。

除了針對單一材料的研究之外,復合光催化材料的研究也越來越受到關注。材料之間的協同作用能進一步提高光催化性能[8]。此外,納米技術的進步更是為光催化材料的發展注入了新動力,納米級光催化材料具有更大的比表面積和更短的電子傳輸距離,使其在光催化反應中表現出更高的活性和效率。

在制備方法上,光催化材料也在不斷改進和創新。例如:界面復合半導體納米薄膜光催化劑的制備方法和金屬表面負載二氧化鈦光催化劑的制備方法等都是近年來光催化材料制備領域的重要成果[9]。總體來說,光催化材料是一個不斷進步和創新的領域,預計會有更多高效、穩定、環保的光催化材料問世,為環境污染治理及能源轉換領域提供新的解決方案。

2" 光催化技術的應用

2.1" 光催化技術在環境污染物處理中的應用

相較于其他環境污染物處理方法,光催化技術展現出了顯著的優勢和廣泛的應用前景,其主要優點包括:1)高去除效率,無二次污染;2)無需額外化學物質;3)利用太陽能;4)非選擇性氧化還原反應能徹底礦化污染物。

2.1.1" 光催化技術在大氣污染處理中的應用

光催化劑在受到光照后能夠產生活性氧物種(reactive oxygen species,ROS),可以部分或完全分解空氣中的有毒化合物。ROS包括羥基自由基(·OH)、超氧自由基(·O2-)、HO2-和過氧化氫等,它們能夠將有機化合物分解為CO2和水,并將無機化合物轉化為N2和稀釋酸(例如:碳酸、硝酸和硫酸)。光催化過程中ROS的產生過程如圖3所示,圖中:hv為光子能量。

2019年,Dou等[10]發現使用二氧化鈦納米線作為光催化劑,在紫外線照射下可以分解甲醛,在僅8.6 min的光照時間內,甲醛被完全分解。Yang等[11]采用了氧化銅納米線/銅網(Cu2O NWs/Cu mesh)作為高效的光催化劑,以正午時分的太陽光為光源,在甲苯濃度為30 mg/L的條件下,經過120 min光照,甲苯降解率高達99.9%,過程示意圖如圖4所示。除此之外,光催化技術在去除大氣中的其他揮發性有機化合物及脂肪烴方面,也展現出了高效的去除能力[12-13]。

光催化技術在氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)的轉化中發揮著重要作用,能夠將這些有害氣體轉化為無害的氮氣、硝酸鹽和硫酸鹽等物質,進而減少有害氣體對環境的破壞。Li等[14]在2019年成功制備出Bi/BiOSi納米片,其在ppb級別對NO的處理展現出優異的性能,這一復合光催化劑可以高效生成超氧物種(·O2-)和·OH(如圖5所示),有助于生成硝酸鹽等最終產物。Wang等[15]采用濕涂層法將碳酸鈉添加到二氧化鈦中,當碳酸鈉濃度為約0.2 mol/L時,負載碳酸鈉的二氧化鈦去除效率可提升10.6倍。

此外,還有眾多高效去除NOx和SOx的光催化技術[16-17],這些技術均展現出了卓越的性能。光催化技術還具備殺滅大氣中微生物和病毒的能力,為降低空氣傳播疾病的風險提供了新的解決思路[18-19]。

2.1.2" 光催化技術在水污染物處理中的應用

目前,光催化技術在水污染物處理中的應用主要分為兩大類:光催化半導體材料直接處理水污染物技術和光催化耦合外加氧化劑(或助氧化劑)處理水污染物技術。

1)光催化半導體材料直接處理水污染物技術。該技術的核心機制在于利用光催化劑在光照作用下直接生成的活性氧化物質(例如:·OH)與水體中的污染物發生氧化還原反應,實現降解污染物的目的。Chen等[20]運用原位沉積-光還原法制備出了等離子體Z型Ag@AgCl/PDI光催化劑,Ag@AgCl納米粒子的引入顯著提升了自組裝苝酰亞胺(SA-PDI)的光吸收能力,使其光催化性能得到大幅提升。具體來說,復合材料Ag@AgCl/PDI-3%對磺胺二甲氧嘧啶的降解速率提高了約3.2倍,而對氧氟沙星的降解速率提升了10.0倍。

2)光催化耦合外加氧化劑(或助氧化劑)處理水污染物技術。該技術通過外加氧化劑或助氧化物質,產生更多且具有更強氧化能力的自由基來攻擊污染物,通過激發鏈式反應,實現對污染物的深度氧化。這類技術主要包括:光催化芬頓氧化法、光催化臭氧氧化法和光催化活化過硫酸鹽氧化法等。

①光催化芬頓氧化法采用Fe2+和過氧化氫,在紫外/可見光照射下增加初級活性種(即·OH)的形成。Wu等[21]制備了電子自給自足的BiOCl@Fe-BiOCl核殼納米材料,用于協同光催化Fenton氧化反應降解苯酚,將BiOCl核的內部電場與摻鐵Fe-BiOCl殼層的電子捕獲中心相互連接,實現了h+富集和Fe3+/Fe2+循環具體如圖6所示。復合材料在全光譜和可見光照射下的反應速率常數分別為BiOCl在相同條件下反應速率的41.32倍和95倍。

②光催化臭氧氧化法是利用光催化和臭氧氧化結合的技術。Yang等[22]制備了氧化鋅改性二氧化鈦(Zn-TiO2)光催化劑,用于提高水污染降解,采用紫外光照射和O3氣泡進行反應。在60 min反應時間內,光催化和臭氧氧化的協同效應下,污染物去除率達到64.4%,高于單獨使用紫外光照射和單獨使用O3時的去除率總和。

③光催化活化過硫酸鹽氧化法是新興且充滿潛力的去除有機污染物的手段。該技術通過過硫酸鹽(PS)活化產生硫酸鹽自由基(·SO4- ),促進污染物降解,·SO4-比·OH具有更強的氧化能力和更長的壽命。

Xu等[23]制備了一種新型的S摻雜的g-C3N4/生物炭(SCN/BC)蜂窩管狀結構納米復合材料,用于在可見光下活化PS以消除水中四環素,其過程如圖7所示。Jing等[24]使用尿素、羥基乙酸和植酸的熱聚合制備了可見光響應增強的氧和磷摻雜多孔g-C3N4(HAPA-CN),0.05HAPA-CN/PS體系對雙酚A(BPA)和2-巰基苯并噻唑(MBT)的光降解過程具有較高的效率。

光催化高級氧化技術在水污染物處理領域應用非常廣泛,除了上述介紹外,該技術還可應用于細菌滅活作用、城市污水處理、飲用水凈化等方面[25-27]。

2.2" 光催化技術在貴金屬回收中的應用

由于地質資源的有限性和自然界中貴金屬的稀缺性,貴金屬傳統的采集和應用不僅面臨著挑戰,也對環境造成了重大壓力。因此,從電子垃圾和其他工業廢料中回收貴金屬成為一種重要解決方案。光催化技術作為一種綠色、高效的回收方法,利用光能驅動貴金屬化學反應,減少了傳統方法中酸和氧化劑使用時對環境造成的負面影響。

光催化技術回收貴金屬是一種利用光能驅動化學反應,通過光生自由基的生成和反應實現貴金屬溶解和回收的綠色技術[28-29]。這些自由基能夠與金、銀、鉑等貴金屬發生反應,將其氧化為可溶性的絡合物,從而實現貴金屬的溶解和回收。通過光催化回收貴金屬的可能機制示意圖如圖8[28]所示,金在乙腈(MeCN)的光催化溶解過程中,光生電子和空穴分別與氧氣和MeCN反應生成·O2-和烷基自由基,這些自由基進一步與金反應,促進其溶解。鉑等貴金屬的溶解通常需要添加二氯甲烷(DCM)等溶劑,以生成更多的氯自由基(·Cl),從而促進鉑的溶解。

根據Chen等[29]的研究,通過TiO2光催化劑在不同溶劑條件下溶解貴金屬,可以有效回收金、鉑、銀、鈀、銠、銥和釕等多種貴金屬。特別是使用MeCN和DCM的混合溶劑,TiO2催化劑能夠在紫外光照射下有效溶解這些貴金屬,回收率超過99%。混合溶劑系統可以優化金屬的浸出率和選擇性。Qiao等[30]探討了磷酸根(PO43-)改性TiO2對光催化貴金屬溶解速率的影響,通過在TiO2表面引入磷酸根,可以增強氧分子的吸附和活化能力,從而促進·O2-的生成,如圖9所示,這些自由基在貴金屬溶解過程中起關鍵作用。采用經過磷酸根改性的TiO2光催化劑時金的溶解速率是采用未改性TiO2光譜化劑的2.8倍,對其他貴金屬的溶解速率也有顯著提升。

Shang等[31]在光照條件下,利用TiO2光催化劑在含有MeCN和少量NaOH的水溶液中實

現了金的高效溶解,實驗結果如圖10~圖14[31]所示。在處理中央處理器和內存條等電子廢料時,這種方法能夠在12 h內完全溶解其中的金,并

且回收的貴金屬純度高達99.0%,從圖12中電路板上針腳表面的金屬質量百分比可以看出,該方法避免了銅、鎳等非貴金屬的溶解,從而顯著簡化了后續的金屬分離過程。在大規模應用方面,該方法能夠從10 kg電子廢料中回收8.82 g的高純度金。

Wu等[32]的研究展示了太陽能輔助光催化技術從失活的空氣凈化催化劑中高效和選擇性回收貴金屬(PGMs)的顯著效果,如圖15[32]所示,利用鉑族金屬之間的氧化還原電位差并利用光還原特性,實現了對鉑族金屬(包括銠、鈀、鉑)的高效溶解和分離。在實驗中,首先通過球磨和氫還原,暴露其中的貴金屬;隨后在MeCN和DCM的混合溶劑中進行光催化反應;在365 nm波長的發光二極管光源照射下,這些金屬在12 h內完全溶解和分離,溶解率達到99%。

光催化技術作為一種環保、高效的新型技術,能用來大量回收的電子垃圾中微量存在的貴金屬資源。與傳統的提取方法相比,光催化技術不僅成本較低,還顯著減少了對環境的污染。

2.3" 光催化技術在分解水產氫中的應用

1972年,Fujishima等[2]首次報道了以TiO2作為光催化劑實現水的光催化分解產生氫氣與氧氣,掀起了以半導體材料作為催化劑進行水分解研究的熱潮,實現完全綠色無污染的太陽能到氫能的能量利用與轉化方式,被譽為解決能源環境問題的絕佳途徑。

在隨后的幾十年,眾多光催化分解水的半導體材料被廣泛研究,例如:TiO2、α-Fe2O3、BiVO4、WO3、Ta3N5、Si等。盡管這些材料展現出了應用潛力,但太陽能到氫能的轉換效率仍受到限制,一方面在于半導體表面水的氧化動力學速率緩慢,另一方面則是因為半導體材料的電阻率大,載流子擴散長度短、電子-空穴復合嚴重。通過表面助催化劑的修飾和構筑高質量的單晶薄膜可解決上述問題。

Huang等[33]提出了利用亞晶格的匹配實現兩種晶體界面的外延生長。該研究打破了單晶外延需要金屬原子晶格匹配的認知,指出當兩種材料之間氧原子的亞晶格尺寸和化學環境匹配時,同樣能夠構建結構橋梁,促成共格界面的形成,如圖16a所示;進一步通過Voronoi多面體建立氧原子域,來實現對亞晶格尺寸和配位的幾何描述,指導高質量外延異質結構或織構化薄膜的生長,對制備具有高載流子傳輸特性的太陽能轉換器件具有重要意義。

Pan等[34]開發了一種室溫液相外延生長方法,實現了低成本、高質量、大規模制備氧化銅單晶薄膜,如圖16b所示。外延生長得到的薄膜具有取向生長特性,將載流子擴散長度提升了1個數量級以上,在光電催化分解水的性能上比之前最先進的同類型材料提升了70%。此外,研究中還結合飛秒瞬態反射光譜量化分析了氧化銅的各向異性光電特性,進一步加深了對半導體材料載流子傳輸特性的認識。

亞穩相材料因種類豐富且具有與穩定相不同的特殊性質而具有極高的研究價值。例如;亞穩相β-Fe2O3在光吸收和載流子傳輸等特性上均優于穩定相α-Fe2O3,具有更高的理論太陽能到氫能的轉換效率[35],且β-Fe2O3在光電催化分解的過程中表現出良好的活性與穩定性[36]。

利用海水直接分解產氫氣不僅能夠極大節約淡水,還能減少能源消耗,這對沿海地區的產業工廠極具吸引力,因為其對綠色氫能有巨大需求。目前,該技術遇到的最大挑戰是海水中的Cl-會對催化劑造成嚴重腐蝕,這對催化劑的穩定性提出了極大的考驗。

解決這一問題的方法之一是在半導體材料表面負載電催化劑或鈍化層,起到保護和隔絕的作用。例如:在BiVO4光陽極表面負載電催化劑腐蝕保護層或構造表面鈍化保護層等方法(如圖17a所示),可大幅提升半導體材料在海水分解過程中的穩定性[37-38]。另一種解決思路是從半導體自身在海水分解過程中的表面物種演化角度出發,例如:β-Fe2O3光陽極的主要失活機制是海水裂解過程中伴隨Cl-配位的氧化物表面重構,通過增強金屬-氧相互作用,可以有效提高光陽極

的穩定性,有效抑制過度的表面水合和Cl-配位,將光陽極海水分解的穩定性記錄提高至3000 h,結果如圖17b所示[39]。

2.4" 光催化技術在CO2還原中的應用

隨著化石燃料的大量消耗,溫室氣體CO2的過量排放已成為全球變暖主要原因,其對地球生態環境造成的嚴重負面影響在近幾十年成為熱門話題。目前,全球大氣中的CO2濃度已超過410 ppm,相較于工業革命前高出約45%[40]。為了應對這一挑戰,全球范圍內已做出顯著努力,采取了諸多方法來減少大氣中的CO2排放,例如:聯合國氣候變化框架公約(UNFCCC)下的巴黎協定便是一個國際社會的共同承諾,其中超過190個國家確認了其減少CO2排放的承諾;中國政府也提出了力爭2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和的目標。

綠色植物的光合作用是目前地球環境中最主要的CO2轉化途徑,為探索CO2的人工轉化路徑提供了重要的啟示[41]。通過人工的半導體光催化劑模擬綠色植物的光系統,利用光激發產生的電子-空穴對協同將CO2還原為碳氫化合物,將水氧化為氧氣,該過程也被稱為人工光合作用,其最主要的優勢是對太陽能的直接利用。

光催化CO2還原技術在轉化為簡單的單碳(C1)或者雙碳(C2)產物方面顯示出了較高的選擇性與速率,特別是CO、甲烷,作為最容易獲得的產物,其相應的光催化體系的研究也相對成熟,反應的選擇性可以接近100%,反應的速率可以達到數百μmol·(g·h)-1量級[42]。在光催化體系中,由于受光生載流子的壽命和向表面遷移速率的影響,C2產物(包括:乙烯、乙烷、乙醇和乙酸等)的生成較為困難,其反應速率和選擇性相對較低[43]。由于C2產物具有更高的能量密度和市場價值(作為工業原材料),在光催化體系中實現C2產物的高選擇性生成是目前光催化CO2還原技術發展的主要趨勢。

目前,在CO2光催化還原領域,除了經典的無機半導體(例如:TiO2和金屬有機配合物)光催化劑外,一些新興的廣義半導體材料,比如:碳基材料、金屬有機框架(MOF)、聚合物、單原子材料、鈣鈦礦等,都被逐漸應用于CO2的光催化還原中。各種光催化劑的能帶圖及CO2光催化還原成各種產物的氧化還原電勢如圖18所示[43]。CO2光催化還原催化劑的選擇和優化主要基于兩條原則:1)其導帶和價帶電位是否可以匹配CO2還原和水氧化所需的電位,并能利用太陽光譜中能量占比較高的可見光波段[44];2)催化劑的界面位點是否可以有效活化CO2分子,以及穩定捕獲中間體CO分子。為了實現C2產物的生成,催化劑位點也需要能夠高效捕獲反應中原位生成的CO,促進CO的進一步還原和碳-碳偶聯,獲得具有更高附加值的甲烷和C2產物。

在光催化CO2還原過程中,除了CO2的還原外,也要通過反應消耗氧化端的空穴,這就是CO2還原的耦合反應。耦合反應也是當前光催化CO2還原研究中的熱點。一般而言,好的選擇方案是不使用具有高經濟價值的犧牲劑,例如胺類、醇類等,因此,引入污染物降解或設計有機合成反應是一種可行的方案。水氧化也是很好的CO2還原的耦合反應。但是在常規的應用場景下,水氧化生成氧氣的過程不直接產生經濟效益,且產生的氧氣也會增加CO2還原產物分離的困難。此外,水氧化反應是一個動力學緩慢的過程,對光生載流子分離的促進作用遠不如犧牲劑。為了解決這一問題,有研究嘗試使水氧化過程停留在液相的H2O2階段,以提高反應效率。

光催化技術在CO2還原領域具有廣闊的應用前景。隨著光催化材料研究的不斷深入,新型高效的光催化劑將不斷涌現,并將進一步提高光催化CO2還原的效率和選擇性。此外,光催化技術與其他技術的結合(比如:光電化學、生物催化等),將為CO2還原提供更多的可能性。

3" 結論與展望

光催化技術作為一種前沿的環境凈化和能源轉換手段,其在環境污染物降解、清潔能源開發及資源回收方面展現出巨大的潛力和應用前景。本文對光催化技術在多個領域的應用現狀進行了綜述,并對其未來的發展方向進行了展望,得到以下結論:

1)清潔能源開發方面,通過深入研究光催化技術的光電轉換效率、穩定性及成本等問題,在未來有望實現太陽能的高效轉化和利用;

2)環境治理優化方面,光催化技術在廢水處理、空氣凈化等領域的應用將進一步擴大,未來將在環境治理領域發揮更大的作用;

3)技術集成與優化方面,光催化技術通過與其他回收技術(例如:電化學方法、離子交換技術或生物技術)結合,形成綜合處理系統,能夠有效應對復雜廢棄物處理的挑戰,提供更加高效、經濟和環保的解決方案;

4)新工藝的開發方面,利用太陽能輔助光催化反應,可以大幅降低能耗,提升環境可持續性。

盡管太陽能輔助光催化技術有望在實際工業應用中得到推廣,但目前光催化技術仍面臨一些挑戰,今后光催化技術的發展方向具體為:

1)光催化劑性能的優化:提升光催化劑的活性和穩定性,以應對不同反應中復雜多變的條件。

2)反應條件與環境因素的調控:優化光照、濕度、溫度等反應條件,以提高凈化及能源產生效率。

3)大規模工業應用的適應性:在保持高效性的同時,實現在大規模工業應用中的可行性和經濟性。

4)選擇性回收的策略開發:解決不同污染物及廢棄物中貴金屬回收的選擇性問題。

光催化技術在環境保護和可持續發展中的應用前景廣闊。通過不斷的技術創新和材料研發,光催化技術有望在未來的環境治理和能源開發中發揮更加重要的作用,為實現綠色化工和循環經濟提供強有力的技術支持。

[參考文獻]

[1] GUO Q,MA Z B,ZHOU C Y,et al. Single molecule photocatalysis on TiO2 surfaces[J]. Chemical reviews,2019,119(20):11020-11041.

[2] FUJISHIMA A,HONDA K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode[J]. Nature,1972,238(5358):37-38.

[3] NIE C L,WANG X H,LU P,et al. Advancements in S-scheme heterojunction materials for photocatalytic environmental remediation[J]. Journal of materials science amp; technology,2024,169:182-198.

[4] ZHOU T H,ZHAI T J,SHEN H D,et al. Strategies for enhancing performance of perovskite bismuth ferrite photocatalysts (BiFeO3):a comprehensive review[J]. Chemosphere,2023,339:139678.

[5] ASLI S A,TAGHIZADEH M. Sonophotocatalytic degradation of pollutants by ZnO-based catalysts:a review[J]. Chemistryselect,2020,5(43):13720-13731.

[6] MAMBA G,GANGASHE G,MOSS L,et al. State of the art on the photocatalytic applications of graphene based nanostructures:from elimination of hazardous pollutants to disinfection and fuel generation[J]. Journal of environmental chemical engineering,2020,8(2):103505.

[7] RAMALINGAM G,PACHAIAPPAN R,KUMAR P S,et al. Hybrid metal organic frameworks as an Exotic material for the photocatalytic degradation of pollutants present in wastewater:a review[J]. Chemosphere,2022,288:132448.

[8] DONG H R,ZENG G M,TANG L,et al. An overview on limitations of TiO2-based particles for photocatalytic degradation of organic pollutants and the corresponding countermeasures[J]. Water research,2015,79:128-146.

[9] LI M,ZHANG R Y,ZOU Z P,et al. Optimizing physico-chemical properties of hierarchical ZnO/TiO2 nano-film by the novel heating method for photocatalytic degradation of antibiotics and dye[J]. Chemosphere,2024,346:140392.

[10] DOU H L,LONG D,RAO X,et al. Photocatalytic degradation kinetics of gaseous formaldehyde flow using TiO2 nanowires[J]. ACS sustainable chemistry amp; engineering,2019,7(4):4456-4465.

[11] YANG L X,GUO J W,YANG T Q,et al. Self-assembly Cu2O nanowire arrays on Cu mesh:a solid-state,highly-efficient,and stable photocatalyst for toluene degradation under sunlight[J]. Journal of hazardous materials,2021,402:123741.

[12] MONTEIRO R A R,MIRANDA S M,RODRIGUES-SILVA C,et al. Gas phase oxidation of n-decane and PCE by photocatalysis using an annular photoreactor packed with a monolithic catalytic bed coated with P25 and PC500[J]. Applied catalysis B:environmental,2015,165:306-315.

[13] SAUCEDO-LUCERO J O,ARRIAGA S. Study of ZnO-photocatalyst deactivation during continuous degradation of n-hexane vapors[J]. Journal of photochemistry and photobiology A:chemistry,2015,312:28-33.

[14] LI X W,ZHANG W D,LI J Y,et al. Transformation pathway and toxic intermediates inhibition of photocatalytic NO removal on designed Bi metal@defective Bi2O2SiO3[J]. Applied catalysis B:environmental,2019,241:187-195.

[15] WANG H M,YOU C F,TAN Z C. Enhanced photocatalytic oxidation of SO2 on TiO2 surface by Na2CO3 modification[J]. Chemical engineering journal,2018,350:89-99.

[16] SUN Y J,XIONG T,NI Z L,et al. Improving g-C3N4 photocatalysis for NOx removal by Ag nanoparticles decoration[J]. Applied surface science,2015,358:356-362.

[17] XIA D H,HU L L,HE C,et al. Simultaneous photocatalytic elimination of gaseous NO and SO2 in a BiOI/Al2O3-padded trickling scrubber under visible light[J]. Chemical engineering journal,2015,279:929-938.

[18] MOUSAVI S M,POURAMINI Z,BABAPOOR A,et al. Photocatalysis air purification systems for coronavirus removal:current technologies and future trends[J]. Chemosphere,2024,353:141525.

[19] ALHARBI O M L,BASHEER A A,KHATTAB R A,et al. Health and environmental effects of persistent organic pollutants[J]. Journal of molecular liquids,2018,263:442-453.

[20] CHEN X,WANG Z P,SHEN X C,et al. A plasmonic Z-scheme Ag@AgCl/PDI photocatalyst for the efficient elimination of organic pollutants,antibiotic resistant bacteria and antibiotic resistance genes[J]. Applied catalysis B:environmental,2023,324:122220.

[21] WU Z H,SHEN J,LI W L,et al. Electron self-sufficient core-shell BiOCl@Fe-BiOCl nanosheets boosting Fe(III)/Fe(II) recycling and synergetic photocatalysis-Fenton for enhanced degradation of phenol[J]. Applied catalysis B:environmental,2023,330:122642.

[22] YANG T T,PENG J M,ZHENG Y,et al. Enhanced photocatalytic ozonation degradation of organic pollutants by ZnO modified TiO2 nanocomposites[J]. Applied catalysis B:environmental,2018,221:223-234.

[23] XU H,ZHANG T T,WANG D F,et al. Degradation of tetracycline using persulfate activated by a honeycomb structured S-doped g-C3N4/biochar under visible light[J]. Separation and purification technology,2022,300:121833.

[24] JING L Q,XU Y G,XIE M,et al. The enhanced visible-light-driven porous O/P-C3N4 for persulfate photoactivation:enhanced removal of refractory pollutants and lignin valorization[J]. Chemical engineering journal,2024,482:149090.

[25] ZENG J Y,LI Z M,JIANG H,et al. Progress on photocatalytic semiconductor hybrids for bacterial inactivation[J]. Materials horizons,2021,8(11):2964-3008.

[26] MOHSIN M,AHMAD BHATTI I,ASHAR A,et al. Iron-doped zinc oxide for photocatalyzed degradation of humic acid from municipal wastewater[J]. Applied materials today,2021,23:101047.

[27] BELLOBONO I R,MORAZZONI F,TOZZI P M. Photocatalytic membrane modules for drinking water purification in domestic and community appliances[J]. International journal of photoenergy,2005,7(3):109-113.

[28] CHEN Y,GUAN S H,GE H,et al. Photocatalytic dissolution of precious metals by TiO2 through photogenerated free radicals[J]. Angewandte chemie international edition,2022,61(50):e202213640.

[29] CHEN Y,XU M J,WEN J Y,et al. Selective recovery of precious metals through photocatalysis[J]. Nature sustainability,2021,4:618-626.

[30] QIAO Q Y,CHEN Y,WANG Y,et al. Surface modification of phosphate ion to promote photocatalytic recovery of precious metals[J]. Chinese chemical letters,2023,34(2):107394.

[31] SHANG H J,CHEN Y,GUAN S H,et al. Scalable and selective gold recovery from end-of-life electronics[J]. Nature chemical engineering,2024,1:170-179.

[32] WU M J,CHEN Y,GUO Z P,et al. Solar-assisted selective separation and recovery of precious group metals from deactivated air purification catalysts[J]. Science bulletin,(2024-04-26). https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095927324003074.

[33] HUANG H T,WANG J,LIU Y,et al. Stacking textured films on lattice-mismatched transparent conducting oxides via matched Voronoi cell of oxygen sublattice[J]. Nature materials,2024,23(3):383-390.

[34] PAN L F,DAI L J,BURTON O J,et al. High carrier mobility along the[111]orientation in Cu2O photoelectrodes[J]. Nature,2024,628(8009):765-770.

[35] ZHANG N S,WANG X,FENG J Y,et al. Paving the road toward the use of β-Fe2O3 in solar water splitting:Raman identification,phase transformation and strategies for phase stabilization[J]. National science review,2020,7(6):1059-1067.

[36] LI Y,ZHANG N S,LIU C H,et al. Metastable-phase β-Fe2O3 photoanodes for solar water splitting with durability exceeding 100 H[J]. Chinese journal of catalysis,2021,42(11):1992-1998.

[37] LUO W J,YANG Z S,LI Z S,et al. Solar hydrogen generation from seawater with a modified BiVO4 photoanode[J]. Energy amp; environmental science,2011,4(10):4046-4051.

[38] GUO X T,LIU X H,WANG L. NiMoOx as a highly protective layer against photocorrosion for solar seawater splitting[J]. Journal of materials chemistry A,2022,10(3):1270-1277.

[39] LIU C H,ZHANG N S,LI Y,et al. Long-term durability of metastable β-Fe2O3 photoanodes in highly corrosive seawater[J]. Nature communications,2023,14(1):4266.

[40] HE J,JANáKY C. Recent advances in solar-driven carbon dioxide conversion:expectations versus reality[J]. ACS energy letters,2020,5(6):1996-2014.

[41] LI H J,TU W G,ZHOU Y,et al. Z-scheme photocatalytic systems for promoting photocatalytic performance:recent progress and future challenges[J]. Advanced science,2016,3(11):1500389.

[42] RAN J R,JARONIEC M,QIAO S Z. Cocatalysts in semiconductor-based photocatalytic CO2 reduction:achievements,challenges,and opportunities[J]. Advanced materials,2018,30(7):1704649.

[43] LEE Y Y,JUNG H S,KANG Y T. A review:effect of nanostructures on photocatalytic CO2 conversion over metal oxides and compound semiconductors[J]. Journal of CO2 utilization,2017,20:163-177.

[44] YANG K H,YANG Z Z,ZHANG C,et al. Recent advances in CdS-based photocatalysts for CO2 photocatalytic conversion[J]. Chemical engineering journal,2021,418:129344.

DEVELOPMENT AND APPLICATION OF PHOTOCATALYTIC TECHNOLOGY IN ENERGY ENVIRONMENT

Yang Jie1,Chen Xiang2,Liu Changhao3,Li Zhaosheng3,Bian Zhenfeng2,Chen Chuncheng1

(1.Key Laboratory of Photochemistry,Institute of Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China;

2. Shanghai Normal University,Shanghai" 200234,China;

3. Nanjing University,Nanjing 210093,China)

Abstract:Photocatalytic technology is an efficient method of utilizing light energy,which generates high-energy active species on the surface by exciting the catalyst,thereby triggering surface chemical reactions and converting light energy into chemical energy or accelerating the speed of chemical reactions. In recent years,photocatalytic technology has been extensively studied in the fields of environmental purification,energy convertion,and resource recovery. This paper reviews the development and application of photocatalytic technology in recent years and discusses the future challenges and prospects it faces. In terms of environmental purification,photocatalytic technology is used for the degradation of organic pollutants,the removal of atmospheric pollutants,and greenhouse gases;in the field of energy convertion,it is applied to solar energy conversion,hydrogen production by water splitting,and the reduction of CO2 into multi-carbon,high-value fuels;in the field of resource recovery,photocatalytic technology can effectively recover precious metals from waste electronic scrap.

Keywords:photocatalysis;solar energy;degradation of pollutants;water splitting to produce hydrogen;precious metal recovery;CO2 reduction

收稿日期:2024-06-01

通信作者:陳春城(1971—),男,博士、研究員,主要從事有機污染物的光催化降解及微觀機制方面的研究。ccchen@iccas.ac.cn

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