王浩

摘 要：光催化建筑功能材料是以建筑材料為基體相，以光催化劑為功能相，在光照射作用下能夠?qū)⒂袡C(jī)污染物分解成無污染的小分子的一類生態(tài)建筑材料，其在室內(nèi)空氣凈化以及汽車尾氣處理方面具有廣泛的應(yīng)用前景。本文著重闡述了如何選擇光催化劑，從而提高光催化效率，擴(kuò)大可吸收光范圍以及降低光催化劑的成本。

關(guān)鍵詞：光催化劑；建筑；效率

1 引言

目前，建筑材料中應(yīng)用最廣泛的光催化劑仍然是TiO2，且納米級TiO2由于比表面積大，因而光照效應(yīng)更強(qiáng)。然而，TiO2僅在紫外光下具有較好的光催化效果，在可見光下其光催化活性較低，且TiO2的成本比較高，在一定程度上制約了光催化建筑功能材料的發(fā)展。下面將從離子摻雜改性、氧化物復(fù)配改性、低成本化等方面描述光催化劑的選擇。

2 光催化劑的類型

2.1 離子摻雜改性

2004年，東南大學(xué)傅大放等[1]提出一種用于處理機(jī)動車輛排放尾氣的機(jī)動車尾氣降解瀝青，具體涉及將經(jīng)過Fe3+摻雜改性的金紅石型和銳鈦礦型納米TiO2摻入瀝青中。

結(jié)果表明，與單一TiO2相比，經(jīng)過Fe3+摻雜改性的TiO2提高了光量子效率和擴(kuò)大了可吸收光范圍。同時，使用銳鈦礦型和金紅石型TiO2復(fù)合，其與單一晶型TiO2相比，表現(xiàn)出更高的光催化活性。

金屬離子摻雜改性的成本較高，浙江工業(yè)大學(xué)葉青等[2-3]于2008年提出利用N摻雜改性P25納米TiO2制備聚合物水泥砂漿。

結(jié)果表明，利用N摻雜改性同樣提高了光量子效率和擴(kuò)大可吸收光范圍，并且納米TiO2比市售P25粉體的光催化效率提高40%。

江蘇高淳陶瓷實業(yè)有限公司孔德雙等[4]將稀土元素Na/Gd/Sm和N共摻雜改性的納米TiO2光催化劑經(jīng)過Fe離子轟擊注入法進(jìn)行二次改性，并成功獲得了具有微米-納米分級多孔結(jié)構(gòu)的TiO2，使得水泥產(chǎn)品在可見光下對有機(jī)污染物有一定程度的降解。

2.2 金屬氧化物復(fù)配改性

2004年，Ito Y等[5]提出利用涂布有TiO2的氧化鐵顆粒用于光催化分解與所述顆粒接觸的有機(jī)化合物，結(jié)果表明，催化劑在紫外光和可見光照射下更穩(wěn)定，壽命更長。

2012年，長安大學(xué)李毅等[6]制備出一種全天候汽車尾氣降解路面涂層材料，使用的光催化活性物質(zhì)為納米CeO2和納米TiO2，同時利用La2O3作為結(jié)構(gòu)助劑穩(wěn)定CeO2的晶相，從而形成一種La2O3-CeO2固相復(fù)合物。通過將納米二氧化鈰和納米二氧化鈦加入到涂層材料中，對納米二氧化鈦光催化劑的催化效果進(jìn)行改善。

2.3 低成本化

Karandikar M V 等利用含有TiO2的材料與生產(chǎn)熟料的原材料高溫反應(yīng)生成鈦酸鈣并制備了一種光催化熟料，其中，含有TiO2的材料為有色淤泥、廢顏料、燃燒灰或者是已經(jīng)消耗了的TiO2光催化劑，并取得了不錯的光催化效果。

2014年，三峽大學(xué)劉立明等[7]發(fā)明了一種具有光催化活性的半水石膏，以殘留有TiO2和Fe2O3的鈦白石膏并輔以鐵礦石作為光催化劑，成功制備了發(fā)泡石膏制品。結(jié)果表明，鈦白石膏中殘留的TiO2和Fe2O3具有光催化氧化能力，鐵礦石進(jìn)一步增強(qiáng)了其光催化活性。

3 結(jié)論

對于光催化劑，通過金屬摻雜、非金屬摻雜和共摻雜改性TiO2均提高了光催化效率，擴(kuò)大了可吸收光范圍，且與金屬摻雜相比，非金屬摻雜如N的成本更低；與單一晶型的TiO2相比，利用銳鈦礦型和金紅石型復(fù)合的TiO2表現(xiàn)出了更高的光催化活性；與單一TiO2相比，利用金屬氧化物復(fù)合制備的光催化劑在可見光下具有更優(yōu)的光催化活性；從含有TiO2的廢棄物中提取TiO2或者直接利用含有TiO2的廢棄物具有不錯的光催化活性，利用含有TiO2和Fe2O3的鈦白石膏和鐵礦石復(fù)配進(jìn)一步增強(qiáng)了光催化活性。

參考文獻(xiàn)：

[1]傅大放，趙聯(lián)芳.具有降解汽車尾氣功能的瀝青及其制備工藝[P].中國專利：03131764，2003-07-28.

[2]葉青，楊楊，李國華，等.一種光催化降解氮氧化物NOx用的聚合物水泥砂漿[P].中國專利：200810163778，2008-12-31.

[3]葉青，莫榮輝，余亞超，等.摻氮改性納米TiO2光催化材料的聚合物水泥砂漿的應(yīng)用研究[J].新型建筑材料，2009， 36（4）：15-17.

[4]孔德雙，劉志斌，谷昌軍，等.高強(qiáng)度光催化水泥基復(fù)合漿料及其產(chǎn)品的制備方法[P].中國專利：201410079241， 2014-03-05.

[5] ITO Y， NAGAE K， NAGAE Y. Photocatalyst coated pigment， for coating material， has photocatalyst particles coated on surface of pigment particles[P].日本專利： 2002000278181，2002-09-24.

[6]李毅，陶建強(qiáng)，張晨旭，等.一種全天候汽車尾氣降解路面涂層材料及制備方法[P].中國專利：201210551570， 20121218.

[7]劉立明，黃應(yīng)平，黃緒泉，等.一種具有光催化活性的半水石膏及應(yīng)用[P].中國專利：201410150066，2014-04-15.