【《光电催化技术的发展研究文献综述》2100字】

光电催化技术的发展研究文献综述光电催化（PEC）技术是一种结合了电催化和光催化过程的新型催化技术，由于其能够延迟电子空穴对(e-CB/h+VB)的重组，增加了空穴的寿命，因此在光电转换上应用潜能巨大，在有机合成、抑菌、光催化、锂离子电池等领域应用广泛REF_Ref24523\n\h[27]。1.1光催化技术光催化的基本过程包括将电子(e-CB)从完全充满的半导体的价带(VB)迁移到完全空的导电带(CB)，产生正电荷空位即空穴(h+VB)。带隙与所使用的光照射有关。半导体必须暴露在比其带隙能(Ebg)更大的照射下，从而引起e-CB从VB到CB的光激发。REF_Ref22384\n\h[18]该反应可被表示为：半导体+hv→e光致激发生成的h+VB是一种强氧化性物种，可以直接氧化有机污染物，最终达到矿化效果。同时，h+VB也可以转移至材料的表面，与材料表面处的H2O发生反应生成高活性的羟基自由基（•OH）以及其他的活性氧物种（ROS），羟基自由基具有强氧化性，能够将有机污染物分解成CO2和H2O。REF_Ref22472\n\h[19]REF_Ref22476\n\h[20]REF_Ref22485\n\h[21]REF_Ref22554\n\h[22]REF_Ref22557\n\h[23]REF_Ref22560\n\h[24]REF_Ref22564\n\h[25]生成活性氧物种的反应可表示为：hVB++H2O→在实际的反应情况下，光致电子空穴一经产生可能会迅速在光催化材料内部或转移到光催化材料表面与污染物发生氧化反应前就已经发生复合，从而并不会全部进行氧化降解反应REF_Ref24670\n\h[26]。通过分析，影响光电催化材料性能的性质主要有以下两点：（1）：材料的带隙能：（2）：光致电子空穴对的复合：1.2双极电极（BPE）理论双极电极指一个不与外电源相连的浸入阳极与阴极间电解液中的导体，靠近阳极的一面起着阴级的作用，而靠近阴极的一面起着阳极的作用。在双极电极电化学中，它意味着一个导体在反应池中同时作为阳极和阴极。主动施加一个驱动电场作用于含导电体的反应液中，这些导体就变成一个双极电极（BPE）或者双极电极阵列（BPEs）。溶液和BPE之间的界面电位差在电极的末端最高，所以总是首先观察到法拉第过程。如果施加在导体两端的驱动电势足够高，电解池中的部分电流穿过双极电极，引发电化学反应。也就是，电解液中的导体两端界面存在氧化与还原的电势梯度，引发氧化与还原反应。REF_Ref30222\n\h[45]图1.1BPE理论原理图1.3外加电场对光催化过程的增强在1.1上节讨论中，我们清楚光催化材料中发生的电子空穴复合显著降低了光转换效率；同时载流子的长迁移距离和弱驱动力也阻碍了电极表面有效的氧化还原反应。为了克服这一劣势，通过利用外加电场的极化效应来延迟电子空穴对的重组，驱动载流子在催化材料间移动来提高光催化活性，为光催化系统的设计提供了一种新的方法REF_Ref25483\n\h[28]。我们知道外部电场可以对半导体电子结构和电偶极子产生影响，并调制光致载流子的产生、分离和运动，这一效应通常描述为电场效应。有报道称，外部电场通过构建双极电极(BPE)的方式被引入到光催化反应系统中，并使颗粒光催化剂能够充分利用电场效应进行高效光催化反应。电偶极子的产生为分离光产生的电子空穴对提供了强大的动力，从而产生有效的表面氧化还原反应。赵等人设计了一种基于BPE理论的电助光催化系统用以去除鞣酸废水中的三丁基锡（TBT）。以TiO2微球体为光催化剂，与无电场的情况下进行对比，TiO2微球的光催化TBT降解效率比无电场的效率提高了9倍，由于成功抑制电子空穴对的复合，反应速率常数可达到0.0488min-1REF_Ref25937\n\h[29]。利用电场效应来调整半导体的电子带结构可以用斯塔克效应来解释，其指出，外加电场导致了能带的分裂，导致价带与导电带的位移而缩小了带隙。据报道，许多二维半导体都具有可通过电场效应调整的带隙。Kim等人通过将钾原子掺杂进寡层黑磷，对反应体系施加由掺杂剂诱导的垂直电场来实现对带隙的广泛调制。通过密度泛函理论(DFT)的计算中来看，该过程中价带与导电带将彼此靠近，从而导致带隙的减少REF_Ref25983\n\h[30]。显然，构建外加电场增强的光催化反应系统是改善光催化过程的有效途径，它在没有复杂的电极成型过程的情况下大大改善了颗粒半导体的光吸收、电荷分离和反应物吸附。因此它也被认为是一种具有普遍实用性的提高太阳能转换效率的前景技术。参考文献M.M.TA.Ternes,DMcdowell,FSacher,HBrauch,BHaist-gulde,RemovalofPharmaceuticalsduringDrinkingWaterTreatment[J].EnvironmentalScience&Technology,2002,36:3855-3863.M.Carballa,F.Omil,J.M.Lema,etal.,Behaviorofpharmaceuticals,cosmeticsandhormonesinasewagetreatmentplant[J].WaterResearch,2004,38:2918-2926.S.K.K.a.T.J.Collins,HumanPharmaceuticalsintheAquaticEnvironmentAChallengetoGreenChemistry[J].ChemicalReviews,2007,107:2319-2364.杨广超,田凯勋,孙仁超,等.零价铁/过硫酸钾降解对氯苯酚模拟废水[J].环境工程学报,2016,10(8):4228-4232.DOI:10.12030/j.cjee.201503029.刘桂芳,孙亚全,陆洪宇,等.活化过硫酸盐技术的研究进展[J].工业水处理,2012,32(12):6-10.DOI:10.3969/j.issn.1005-829X.2012.12.002.李花,沈耀良.废水高级氧化技术现状与研究进展[J].水处理技术,2011,37(6):6-9,14.YONGQINGZHANG,XIAOZHEDU,WEILINHUANG.Temperatureeffectonthekineticsofpersulfateoxidationofp-chloroaniline[J].中国化学快报（英文版）,2011,22(3):358-361.DOI:10.1016/j.cclet.2010.10.015.张金凤,杨曦,郑伟,等.水体系中Fe(Ⅱ)/K2S2O8降解敌草隆的研究[J].环境化学,2008,27(1):15-18.DOI:10.3321/j.issn:0254-6108.2008.01.004.王萍.过硫酸盐高级氧化技术活化方法研究[D].山东:中国海洋大学,2010.DOI:10.7666/d.y1828236.HUIZHANG,LIWEIHOU,XIAOFEIXUE.Ultrasoundenhancedheterogeneousactivationofperoxydisulfatebymagnetitecatalystforthedegradationoftetracyclineinwater[J].SeparationandPurificationTechnology,2012,84147-152.SCOTTG.HILLING,SAEBOMKO,SAEHANPARK,etal.PersulfateoxidationofMTBE-andchloroform-spentgranularactivatedcarbon[J].Journalofhazardousmaterials,2011,192(3):1484-1490.MAHRNUTBAYRAMOGLU,BASAKTEMURERGAN.KineticApproachforInvestigatingthe"MicrowaveEffect":DecompositionofAqueousPotassiumPersulfate[J].Industrial&EngineeringChemistryResearch,2011,50(11):6629-6637.XINYANG,SHIYINGYANG,XUETINGSHAO,etal.ActivatedcarboncatalyzedpersulfateoxidationofAzodyeacidorange7atambienttemperature[J].Journalofhazardousmaterials,2011,186(1):659-666.YA-TINGLIN,CHENJULIANG,JIUN-HUACHEN.Feasibilitystudyofultravioletactivatedpersulfateoxidationofphenol[J].Chemosphere:Environmentaltoxicologyandriskassessment,2011,82(8):1168-1172.Y.R.WANG,H.F.LEUNG,W.CHU.SynergyofsulfateandhydroxylradicalsinUV/S2O8~(2-)/H2O2oxidationofiodinatedX-raycontrastmediumiopromide[J].Chemicalengineeringjournal,2011,178154-160.NEELANCHERRYREMYA,JIH-GAWLIN.Currentstatusofmicrowaveapplicationinwastewatertreatment-Areview[J].Chemicalengineeringjournal,2011,166(3):797-813.A.R.SOLEYMANI,Z.OJAGHLOO,J.SAIEN.HomogeneousandheterogeneousAOPsforrapiddegradationofTritonX-100inaqueousmediaviaUVlight,nanotitaniahydrogenperoxideandpotassiumpersulfate[J].Chemicalengineeringjournal,2011,167(1):172-182.CAMartínez-Huitle,BrillasE.Decontaminationofwastewaterscontainingsyntheticorganicdyesbyelectrochemicalmethods:Ageneralreview[J].AppliedCatalysisBEnvironmental,2009,87(3-4):105-145.Photoelectrocatalytictechnologiesforenvironmentalapplications[J].JournalofPhotochemistryandPhotobiologyAChemistry,2012,238(none):41–52.FujishimaA,ZhangX,