【《TiO2光催化材料研究和应用研究文献综述》6600字】

TiO2光催化材料研究和应用研究文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u21189TiO2光催化材料研究和应用研究文献综述 1279691.1光催化技术背景 114401.2光催化原理及问题 2130521.3光催化技术研究现状 3321781.4TiO2光催化材料研究和应用 51.1光催化技术背景当今社会经济发展主要依赖的石油和煤炭等能源，由于过去几十年人类大量的开采，不科学的利用，及其储量不多、不可再生等缺点，已经严重影响人类社会的发展进步ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Dedong</Author><Year>2018</Year><RecNum>17</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[13]</style></DisplayText><record><rec-number>17</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1608604385">17</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Zhang,DeDong</author><author>Halidan,Maimaiti</author><author>Abuduheiremu,Awati</author><author>Yisilamu,Gunisakezi</author><author>Fengchang,Sun</author><author>Ming,Wei</author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%">SynthesisandphotocatalyticCO</style><styleface="subscript"font="default"size="100%">2</style><styleface="normal"font="default"size="100%">reductionperformanceofCu</style><styleface="subscript"font="default"size="100%">2</style><styleface="normal"font="default"size="100%">O/Coal-basedcarbonnanoparticlecomposites</style></title><secondary-title>ChemicalPhysicsLetters</secondary-title></titles><periodical><full-title>ChemicalPhysicsLetters</full-title></periodical><pages>27-35</pages><volume>700</volume><number>1</number><section>27</section><dates><year>2018</year></dates><isbn>00092614</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.cplett.2018.04.007</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[13]。因此，开发绿色可再生的能源成为人类的急需解决的任务。太阳能具有无污染、能量大的特点，而且太阳每年向地球辐射的能量巨大，充分利用这些太阳能可以替代很大一部分化石能源ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Zhang</Author><Year>2012</Year><RecNum>18</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[14]</style></DisplayText><record><rec-number>18</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1608605179">18</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Zhang,LiWu</author><author>Mohamed,HananH.</author><author>Dillert,Ralf</author><author>Bahnemann,Detlef</author></authors></contributors><titles><title>Kineticsandmechanismsofchargetransferprocessesinphotocatalyticsystems:areview</title><secondary-title>JournalofPhotochemistryandPhotobiologyC:PhotochemistryReviews</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofPhotochemistryandPhotobiologyC:PhotochemistryReviews</full-title></periodical><pages>263-276</pages><volume>13</volume><number>4</number><section>263</section><dates><year>2012</year></dates><isbn>13895567</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.jphotochemrev.2012.07.002</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[14]。因此，开发高效利用太阳能的方法是全人类社会发展的一个机遇和挑战。半导体光催化技术是将光能有效地转化为可以直接使用的其它形式的能源，并且该技术涉及到很多学科的交叉运用。光催化技术操作简单可行，是实现绿色化学最有前景的方法之一。随着对光催化技术研究的深入，研究人员发现光催化半导体材料在能源转化、环境治理、生物医学等方面应用价值巨大，比如光催化杀菌消毒，有机污染物的降解，光解水制氢气，CO2光催化转化为有机物，太阳能电池等ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[15-18]。光催化在能源转化方面主要有几个不同的应用ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[19-24]：(1)把太阳能转化为电能。简言之，就是光催化剂在光照下激发产生光子产生能量，半导体材料中的电子获得能量后运动而产生电流。以20世纪50年代贝尔实验室的科研工作者研究发现，在光照下单晶Si会产生电流现象，并根据这一原理将其应用到太阳能电池中ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Kost</Author><Year>2010</Year><RecNum>33</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[25]</style></DisplayText><record><rec-number>33</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1608620314">33</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Kost,Daniel</author><author>Kalikhman,Inna</author></authors></contributors><titles><title>Hypercoordinatesiliconcomplexesbasedonhydrazideligands:aremarkablyflexiblemolecularsystem</title><secondary-title>AccountsofChemicalResearch</secondary-title></titles><periodical><full-title>AccountsofChemicalResearch</full-title></periodical><pages>303-314</pages><volume>40</volume><number>2</number><dates><year>2010</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[25](2)将太阳能转化为化学能光解水制氢气。简言之，就是在光照下阳极材料受激发产生电子(e-)，在水溶液中质子、氢离子和电子(e-)反应生成氢气(3)将太阳能转化为化学能制备有机物，主要是通过光催化技术将二氧化碳合成可利用的有机物。Kuwabata等人ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Fujiwara</Author><Year>1998</Year><RecNum>35</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[26]</style></DisplayText><record><rec-number>35</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1608620603">35</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Fujiwara,Hiroaki</author><author>Hosokawa,Hiroji</author><author>Murakoshi,Kei</author><author>Wada,Yuji</author><author>Yanagida,Shozo</author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%">SurfacecharacteristicsofZnSnanocrystallitesrelatingtotheirphotocatalysisforCO</style><styleface="subscript"font="default"size="100%">2</style><styleface="normal"font="default"size="100%">reduction</style><styleface="superscript"font="default"size="100%">1</style></title><secondary-title>Langmuir</secondary-title></titles><periodical><full-title>Langmuir</full-title></periodical><pages>5154-5159</pages><volume>14</volume><number>18</number><dates><year>1998</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[26]研究报道了将制备的ZnS催化剂在可见光下将二氧化碳光催化转化为甲醇。光催化在环境治理方面主要有两个不同的应用：(1)光催化降解有机物、染料和空气中的有害气体。其原理是指在光照下，光催化材料被激发产生光电子和空穴，经一系列反应后产生活性物种(.OH、.O2-等)来对废水中的染料、有机物或者空气中有害气体的消除。Senthilnata和PhilipADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Senthilnathan</Author><Year>2010</Year><RecNum>37</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[27]</style></DisplayText><record><rec-number>37</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1608620901">37</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Senthilnathan,J.</author><author>Philip,Ligy</author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%">PhotocatalyticdegradationoflindaneunderUVandvisiblelightusingN-DopedTiO</style><styleface="subscript"font="default"size="100%">2</style></title><secondary-title>ChemicalEngineeringJournal</secondary-title></titles><periodical><full-title>ChemicalEngineeringJournal</full-title></periodical><pages>83-92</pages><volume>161</volume><number>1-2</number><dates><year>2010</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[27]研究报道了在可见光照射下，不同TiO2降解有机氯农药中的林丹。同样的，利用光催化技术对空气中的甲醛、丙酮、苯等有毒有害气体的消除也取得良好的成果。(2)光催化杀菌消毒。其原理主要利用具有氧化性的活性物种来杀菌。吴ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Pinggui</Author><Year>2010</Year><RecNum>39</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[28]</style></DisplayText><record><rec-number>39</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1608621115">39</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Wu,PingGui</author><author>Xie,RongCai</author><author>Imlay,Kari</author><author>Shang,JianKu</author></authors></contributors><titles><title>Visible-light-inducedbactericidalactivityoftitaniumdioxidecodopedwithnitrogenandsilver</title><secondary-title>EnvironmentalScience&Technology</secondary-title></titles><periodical><full-title>EnvironmentalScience&Technology</full-title></periodical><pages>6992-6997</pages><volume>44</volume><number>18</number><dates><year>2010</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[28]制备了N和Ag共掺杂的TiO2纳米晶体，在可见光照射30min后，95%的细菌失活，杀菌效果良好。1.2光催化原理及问题光催化的概念，简单说就是在光的作用下，半导体材料为媒介，将光能有效地转化为可以直接使用的其它形式的能源。半导体材料的能带结构是对光催化剂改性研究的主要因素。半导体光催化材料的能带是由三部分构成，分别是导带、价带和禁带，而导带和价带之间的区域称之为禁带，导带和价带之间势能差称为带隙宽度ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Chen</Author><Year>2018</Year><RecNum>40</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[29]</style></DisplayText><record><rec-number>40</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1608621172">40</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Chen,YaJie</author><author>Kang,ChuanHong</author><author>Wang,RuiHong</author><author>Ren,Zhiyu</author><author>Fu,Huiying</author><author>Xiao,Yuting</author><author>Tian,Guohui</author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%">CoP/WS</style><styleface="subscript"font="default"size="100%">2</style><styleface="normal"font="default"size="100%">nanoflakeheterostructuresasefficientelectrocatalystsforsignificantimprovementinhydrogenevolutionactivity</style></title><secondary-title>AppliedSurfaceScience</secondary-title></titles><periodical><full-title>AppliedSurfaceScience</full-title></periodical><pages>352-360</pages><volume>442</volume><number>1</number><section>352</section><dates><year>2018</year></dates><isbn>01694332</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.apsusc.2018.02.142</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[29]。不同半导体材料对光的吸收能力不同，并且带隙宽度的大小也决定着光吸收能力的强弱。根据这一特性，通过对半导体材料能带的改性，拓宽对光的吸收范围，使得其广泛应用在光催化技术中。图1-1所示为半导体光激发过程：图1-1半导体光激发过程图Figure1-1Schematiclightirradiationprocessofsemiconductor光催化反应原理包括下面几个过程：当光照能量超过半导体的禁带宽度时，价带上的电子受激发会跃迁至导带上，从而在导带上形成带负电的电子(e-)，价带上产生带正电的空穴(h+)。空穴本身具有氧化性，而电子具有还原性。在传输迁移过程中，一部分光生载流子在内部作用力下发生接触反应，这个过程会产生能量并会散发出去。另外，一部分迁移到导带上的电子(e-)与溶解氧接触，两者会发生反应生成超氧自由基(.O2-)；而价带上的空穴(h+)与氢氧根离子或者水接触，它们之间相互作用生成羟基自由基(.OH)。这几种自由基是光催化反应中起关键作用的活性物种，它们会与吸附物发生氧化还原反应。其中半导体带隙宽度与光吸收值存在着一定的关系：Eg＝1240/λg,式中Eg和λg的单位分别为eV和nm。对TiO2而言，由关系式可知，而锐钛矿的固有带隙相对较大(3.20eV)，对光的吸收边缘约在387nm，仅能对紫外光响应。对芳香醇的选择性氧化来说，空穴(h+)与水相互作用得到羟基自由基(.OH)，光电子(e-)与溶解氧相互作用产生超氧自由基(.O2-)ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[30,31]，空穴和超氧自由基可以将芳香醇氧化成芳香醛。另外，光生电子(e-)是有还原性，在光催化反应过程中可以将硝基芳烃还原成相对应的芳胺。在光催化中，量子效率的大小也可以反应催化剂性能的好坏。影响量子效率主要因素在于光电子和空穴的分离和复合之间的竞争，其中提高量子效率的关键就是增强电子和空穴的分离能力ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Linsebigler</Author><Year>1995</Year><RecNum>43</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[32]</style></DisplayText><record><rec-number>43</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1608621433">43</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-type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1755-4330(Linking)</isbn><accession-num>21430688</accession-num><urls><related-urls><url>/pubmed/21430688</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1038/nchem.1006</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[33]。就目前来说包括二氧化钛在内的许多半导体光催化材料仅在紫外光下具有光活性，因此合成具有可见光活性光催化剂才能更有效的利用太阳能ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Choi</Author><Year>2016</Year><RecNum>42</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[31]</style></DisplayText><record><rec-number>42</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1608621369">42</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Choi,Yeoseon</author><author>Kim,Hyoung-il</author><author>Moon,Gun-hee</author><author>Jo,Seongwon</author><author>Choi,Wonyong</author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%">BoostingupthelowcatalyticactivityofsilverforH</style><styleface="subscript"font="default"size="100%">2</style><styleface="normal"font="default"size="100%">productiononAg/TiO</style><styleface="subscript"font="default"size="100%">2</style><styleface="normal"font="default"size="100%">photocatalyst:thiocyanateasaselectivemodifier</style></title><secondary-title>ACSCatalysis</secondary-title></titles><periodical><full-title>ACSCatalysis</full-title></periodical><pages>821-828</pages><volume>6</volume><number>2</number><section>821</section><dates><year>2016</year></dates><isbn>2155-5435 2155-5435</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1021/acscatal.5b02376</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[31]，这就需要对部分光催化材料进行修饰改性设计。第二，量子效率低。从上面的论述可知，光催化过程进行的前提是光电子(e-)和空穴(h+)的分离，无论对催化剂进行结构调控或组分调控都是为了促进电子(e-)和空穴(h+)的分离。提高量子效率方法的主要途径就是抑制光生载流子的复合，进而可以与水、氧气等反应产生更多的活性物种参与光催化反应ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>邹静</Author><Year>2015</Year><RecNum>151</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[34]</style></DisplayText><record><rec-number>151</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1611023655">151</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>邹静</author></authors><tertiary-authors><author>马建锋,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>剥离型膨润土负载光催化剂材料的制备及其降解罗丹明B废水应用研究</title></titles><keywords><keyword>Ag3PO4</keyword><keyword>g-C3N4</keyword><keyword>剥离型膨润土</keyword><keyword>光催化</keyword><keyword>RhB</keyword></keywords><dates><year>2015</year></dates><publisher>常州大学</publisher><work-type>硕士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[34]。第三，光催化材料的稳定性存在问题，很多光催化材料不能多次循环使用，这严重影响了催化剂的工业化应用。此外，粒径尺寸、表面活性位点和肖特基势垒也会影响空穴与电子的分离效率。粒径尺寸主要在1-10nm范围内，粒径尺寸的不同会影响光催化材料的禁带宽度ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[35]。表面活性位点的数量决定催化吸附底物反应活性的高低。肖特基势垒是半导体和金属具有不同的费米能级，在金属表面形成空间电荷势垒ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[36,37]。1.3光催化技术研究现状光催化技术经过几十年的发展，目前对光催化材料的研究也比较多。例如TiO2、WO3、ZnO、Bi2O3等。对TiO2光催化材料而言，由于其优异光催化性能而被广泛的研究，但因为其较宽的能带隙，仅能被紫外光激活，一定程度也限制了其应用ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[38-40]。因此，要提高对太阳能利用率，则需要对部分带隙宽的光催化剂进行修饰，增强对可见光的收集能力，主要通过离子掺杂，贵金属沉积、复合半导体，光敏化等方法。掺杂金属离子会在光催化材料的能带中引入微带能级，引入的微带能级一般紧挨着导带的底部位置，能带隙缩小，扩大了光响应区域，增强可见光的收集能力ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>吕宁</Author><Year>2019</Year><RecNum>159</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[41]</style></DisplayText><record><rec-number>159</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1611024683">159</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>吕宁</author><author>张建广</author><author>黄丽晨</author><author>宋贤良</author></authors></contributors><auth-address>华南农业大学食品学院;</auth-address><titles><title>Mo、N掺杂P25/淀粉膜可见光催化降解乙烯研究</title><secondary-title>高校化学工程学报</secondary-title></titles><periodical><full-title>高校化学工程学报</full-title></periodical><pages>1172-1179</pages><volume>33</volume><number>05</number><keywords><keyword>P25</keyword><keyword>Mo</keyword><keyword>N</keyword><keyword>乙烯</keyword><keyword>淀粉膜</keyword><keyword>可见光催化剂</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><isbn>1003-9015</isbn><call-num>33-1141/TQ</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[41]。但是，掺杂非金属元素是将光催化材料的价带位置向上移动，也可以缩小光催化材料的能带隙，扩大光响应区域，增强可见光的收集能力。还有将金属离子沉积在光催化材料表面，而金属离子的电动电势较低，可以作为电子捕获器，促进其与空穴的分离，改善光催化活性。复合半导体，简言之就是将两个带隙不同的半导体光催化材料制备匹配到一起形成的光催化剂。在其两相接触界面通常会形成异质结，因界面电势不同往往会形成内部电场。内部电场则会加光生速载流子的迁移，可有效促进光生载流子的分离，使得光催化活性增强。相较于离子掺杂型光催化剂，复合半导体形成的纳米材料，其晶体结构不会被改变。一般来说，半导体光催化剂暴露的晶面不同，不同的晶面表面能不一样，活性位点数也就不一样，也会导致其催化活性不同。对锐钛矿TiO2来说，(001)和(101)面是其暴露的主要两个活性晶面，但(001)面比(101)面有更高的表面能，因此(001)面可以提供更多的反应位点。染料光敏化，简单的讲是在光照下，染料分子受激发会产生阳离子自由基和电子，而电子则会转移到催化剂导带上，随后进一步迁移到电子受体上，进而促进电子-空穴对的分离ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>雷云裕</Author><Year>2018</Year><RecNum>168</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[42]</style></DisplayText><record><rec-number>168</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1611038420">168</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>雷云裕</author></authors></contributors><titles><title>全光谱响应钛基光催化材料的制备及性能评价</title></titles><keywords><keyword>钛基光催化材料</keyword><keyword>溶剂热法</keyword><keyword>上转换材料</keyword><keyword>光催化性能</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><publisher>太原理工大学</publisher><work-type>硕士</work-type><urls><related-urls><url>/details/detail.do?_type=degree&id=D01447648</url></related-urls></urls><remote-database-provider>北京万方数据股份有限公司</remote-database-provider><language>chi</language></record></Cite></EndNote>[42]。根据王等人ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Wang</Author><Year>2003</Year><RecNum>52</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[43]</style></DisplayText><record><rec-number>52</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1608622981">52</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Wang,Yuhuang</author><author>Hang,Kun</author><author>Anderson,NeilA.</author><author>Lian,Tianquan</author></authors></contributors><titles><title>Comparisonofelectrontransferdynamicsinmolecule-to-nanoparticleandintramolecularchargetransfercomplexes</title><secondary-title>JournalofPhysicalChemistryB</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofPhysicalChemistryB</full-title></periodical><pages>9434-9440</pages><volume>107</volume><number>35</number><dates><year>2003</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[43]的研究在邻苯二酚修饰的TiO2在390nm处形成了一个的宽的新带，并延伸到可见区600nm处，可见光激发下产生的电子从有机基质直接转移到TiO2的导带上，拓宽了光的吸收范围。另外，催化剂的晶粒尺寸也会影响光催化性能。一般来说，晶粒尺寸越小，光电子转移到催化剂表面的距离就越短，使得载流子能够快速参与光催化反应，光催化活性增强。因此，要合成制备适宜的光催化剂晶粒尺寸也很重要。利用光催化技术治理环境污染主要是利用光生空穴(h+)与光生电子(e-)，分别与表面吸附的H2O、溶解氧等相互反应产生活性物种(.OH、.O2-等)，这些活性物种具有氧化性或还原性，与吸附的底物分子反应，最终消除环境污染物。从能源可持续利用角度来看，相对于光催化选择性氧化或还原反应底物而言，光解水产氢气更有实际意义。然而，当前的研究报道的通过光催化技术想要实现高效光解水产氢气仍需要解决几个问题：(1)可见光吸收范围小，产氢效率低；(2)当前用掺杂元素修饰方法制备的可见光响应的催化剂进行光解水产氢气，但其相对差的稳定性并且很难循环利用；(3)反应产生的中间产物容易覆盖在催化剂表面，致使表面活性位点被部分覆盖，催化活性会很大程度降低。近些年在光催化材料的合成制备方面取得很大进步，通过调控半导体光催化剂的比表面积、形貌、晶粒尺寸、暴露的晶面等方法制备出很多性能优异的光催化剂。大比表面积的催化剂与光照的接触面积会增加，更有利于改善光催化活性。很多科研工作者也对光催化剂的形貌进行调控，例如合成纳米片、纳米棒、纳米微球等形貌的光催化剂。对于光催化剂晶面暴露的调控，也做了大量的研究。潘等人ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Pan</Author><Year>2011</Year><RecNum>53</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[44]</style></DisplayText><record><rec-number>53</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1608623352">53</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Pan,J.</author><author>Liu,G.</author><author>Lu,G.Q.</author><author>Cheng,H.M.</author></authors></contributors><auth-address>ShenyangNationalLaboratoryforMaterialsScience,InstituteofMetalResearch,ChineseAcademyofSciences,72WenhuaRD,Shenyang110016,China.</auth-address><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%">Onthetruephotoreactivityorderof{001},{010},and{101}facetsofanataseTiO</style><styleface="subscript"font="default"size="100%">2</style><styleface="normal"font="default"size="100%">crystals</style></title><secondary-title>AngewandteChemieInternationalEdtion</secondary-title></titles><periodical><full-title>AngewandteChemieInternationalEdtion</full-title></periodical><pages>2133-2137</pages><volume>50</volume><number>9</number><edition>2011/02/24</edition><dates><year>2011</year><pub-dates><date>Feb25</date></pub-dates></dates><isbn>1521-3773(Electronic) 1433-7851(Linking)</isbn><accession-num>21344568</accession-num><urls><related-urls><url>/pubmed/21344568</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1002/anie.201006057</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[44]研究报道合成24%(001)和76%(101)面暴露率的微米级锐钛矿TiO2比暴露率40%(001)和60%(101)面的锐钛矿TiO2在光催化产氢气效率显现更好的光催化活性。另外，光催化材料在生物医学领域、海洋防腐等方面也有一定程度的应用，例如TiO2光催化剂在抗菌、生物蛋白酶检测等方面应用较多。近些年通过对这些对纳米光催化剂改性的研究，发现想要合成制备高效光催化剂则需要有合适的形貌，适宜的禁带宽度（相对大的可见光吸收范围），适宜的晶面暴露比例以及合适的晶粒尺寸等特点。另外，除了光催化剂本身影响因素外，反应时环境温度、溶液的PH、外加电场等也影响催化反应效果。1.4TiO2光催化材料研究和应用TiO2半导体材料在光催化领域一直是科研人员研究的热门材料之一。但是，TiO2光催化剂仅能被紫外光激活，载流子快速复合的缺点，在一定程度上也限制了其广泛应用ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[38-40]。TiO2主要有三种晶相结构：锐钛矿、金红石和板钛矿ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Navrotsky</Author><Year>2009</Year><RecNum>56</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[45]</style></DisplayText><record><rec-number>56</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1608623653">56</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Navrotsky,Alexandra</author><author>Trofymluk,Olga</author><author>Levchenko,AndreyA.</author></authors></contributors><titles><title>Thermochemistryofmicroporousandmesoporousmaterials</title><secondary-title>ChemicalReviews</secondary-title></titles><periodical><full-title>ChemicalReviews</full-title></periodical><pages>3885-3902</pages><volume>109</volume><number>9</number><dates><year>2009</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[45]。其中锐钛矿和金红石属于四方晶系，而板钛矿属于正交晶系ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>张炜</Author><Year>2007</Year><RecNum>169</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[46]</style></DisplayText><record><rec-number>169</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1611044356">169</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">张炜</style></author></authors><tertiary-authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">刘兴军</style><styleface="normal"font="default"size="100%">,</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">铝板表面纳米</style><styleface="normal"font="default"size="100%">TiO</style><styleface="subscript"font="default"size="100%">2</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">薄膜的制备、表征及其性能研究</style></title></titles><keywords><keyword>二氧化钛薄膜</keyword><keyword>纳米薄膜</keyword><keyword>金属表面处理</keyword><keyword>金属铝复合材料</keyword><keyword>低温制备技术</keyword></keywords><dates><year>2007</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">厦门大学</style></publisher><work-type><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">硕士</style></work-type><urls><related-urls><url>/details/detail.do?_type=degree&id=Y1343721</url></related-urls></urls><remote-database-provider><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京万方数据股份有限公司</style></remote-database-provider><language>chi</language></record></Cite></EndNote>[46]。研究较多的是金红石和锐钛矿，板钛矿的研究较少ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[47-51]。近些年研究较多的主要为新型改性的TiO2半导体材料，主要是单晶TiO2半导体材料的改性。单晶材料是由单独的一个晶体构成。单晶材料是有规则的几何外形，且在每个地方的晶体取向和晶格结构是一致的。此外，介孔类单晶TiO2材料也是近些年研究的热点。介孔类TiO2材料是由具有相同晶格取向的纳米晶组装而成的。介孔TiO2通常比表面积和孔隙率相对很高，这一特点有利于底物分子的吸附和扩散，增强光催化性能ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[52-57]。Tartaj等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Tartaj</Author><Year>2011</Year><RecNum>76</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[58]</style></DisplayText><record><rec-number>76</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="05wear2xn5x50xe59zupxw0t9x5w0xdwxvtt"timestamp="1608691759">76</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Tartaj,P.</author><author>Amarilla,J.M.</author></authors></contributors><auth-address>InstitutodeCienciadeMaterialesdeMadrid(CSIC),CampusUniversitariodeCantoblanco,28049,Madrid,Spain.ptartaj@icmm.csic.es</auth-address><titles><title>Multifunctionalresponseofanatasenanostructuresbasedon25nmmesocrystal-likeporousassemblies</title><secondary-title>AdvancedMaterials</secondary-title></titles><periodical><full-title>AdvancedMaterials</full-title></periodical><pages>4904-4907</pages><volume>23</volume><number>42</number><edition>2011/10/01</edition><keywords><keyword>Catalysis</keyword><keyword>ElectrochemicalTechniques</keyword><keyword>Enzymes,Immobilized</keyword><keyword>MetalNanoparticles/*chemistry</keyword><keyword>ParticleSize</keyword><keyword>Photolysis</keyword><keyword>Porosity</keyword><keyword>Titanium/*chemistry</keyword></keywords><dates><year>2011</year><pub-dates><date>Nov9</date></pub-dates></dates><isbn>1521-4095(Electronic) 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