摘要：甲醛作為一種常見的室內空氣污染物，對人體健康有著顯著危害。因此，研發(fā)高效、環(huán)保的甲醛降解技術具有重要的實際意義。TiO2基催化材料因其光催化性能穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點，在甲醛降解領域受到廣泛關注。綜述了TiO2基催化材料在氧化降解甲醛方面的最新研究進展，探討了TiO2光催化降解甲醛的機理，概述了提升催化效率的多種途徑，最后對TiO2基催化材料在甲醛降解領域的未來發(fā)展方向進行了展望，為未來對甲醛的高效降解及空氣凈化技術的發(fā)展提供參考。

關鍵詞：二氧化鈦；降解；甲醛；光催化

早在1980年Swenberg等［1］研究發(fā)現，長時間暴露并吸入甲醛蒸氣會誘導大鼠鼻腔鱗狀細胞癌，此后甲醛的致癌性逐漸引起人們的關注。甲醛作為一種常見的室內空氣污染物，被世界衛(wèi)生組織列為I級致癌物。1976年，Carey等［2］提出利用TiO2作為光催化劑來降解聯苯等污染物的方法，推動了光催化劑在環(huán)境污染治理領域的廣泛應用。目前，光催化氧化法是去除甲醛行之有效的方法之一［3］。因此，利用光催化氧化技術來清除室內的甲醛及其他揮發(fā)性有機化合物具有顯著的現實意義，而且在未來也展現出巨大的研究潛力。

1TiO2光催化甲醛機理

在紫外光或可見光的照射下，TiO2吸收光能后被激發(fā)，其表面的價帶頂部電子被高能光子激發(fā)，從價帶躍遷至導帶，形成光生電子（e-），同時在價帶中留下光生空穴（h+）。產生的電子空穴對（e--h+），其中e-具有很強的還原能力，能與氧氣或水中的氧等還原劑反應，生成氫氧離子或超氧自由基等活性氧物種［4］；而h+則具有強氧化性，能與水分子反應生成·OH，這是一種強氧化劑，可以對甲醛進行氧化降解?；钚匝跷锓N和羥基自由基與甲醛分子發(fā)生氧化還原反應，導致甲醛分子中的化學鍵斷裂，最終被分解為CO2和H2O等無害的小分子。

2光催化高效降解甲醛途徑

2.1TiO2負載貴金屬

通過將貴金屬負載在TiO2載體上，由于貴金屬具有未填滿的d電子軌道，表面易吸附反應物，利于形成活性中間產物，可以進一步優(yōu)化催化劑的性能，提高甲醛催化氧化的效率。Su等［5］研究了Pt負載量和TiO2晶體時，發(fā)現Pt質量分數為0.1%且由銳鈦礦TiO2負載的催化劑具有最佳的催化性能。在50 ℃和100 ℃下，甲醛的轉化效率分別達到98%和100%，穩(wěn)定時間超過140 h。

2.2過渡金屬氧化物引入TiO2

在TiO2中引入過渡金屬氧化物，可以改變TiO2的能帶結構，形成新的活性位點，降低光催化反應的能壘，提高反應效率，增強催化劑對甲醛的吸附和活化能力。Mohamed等［6］以N膠體碳球為模板劑，在TiO2中引入MnO2制備新型中空納米球NTiO2/MnO2催化劑，它在見光照射下對氣態(tài)甲醛的光降解活性效率達到90%以上，比傳統(tǒng)催化劑TiO2高出約10倍。

2.3非金屬元素引入TiO2

非金屬元素的摻雜可以減小TiO2的禁帶寬度，提高對可見光的吸收能力，有助于形成新的表面缺陷或復合中心，促進甲醛分子的吸附和后續(xù)的氧化反應。Luo等［7］采用水熱法制備了摻雜C的TiO2顆粒來降解甲醛，在模擬室內環(huán)境下進一步研究光催化反應。通過監(jiān)測C摻雜TiO2對人造板甲醛的光降解情況，結果表明，在70 min內降解率達90%，表現出良好的光催化性能。

2.4多元共摻雜復合改性TiO2

多元共摻雜復合改性通常分為金屬金屬共摻雜、非金屬非金屬共摻雜和金屬非金屬共摻雜。金屬元素能夠在TiO2的晶格中引入更多的缺陷位點和活性中心，這有助于捕獲光生電子和空穴，減少它們的復合概率；非金屬元素能夠減小TiO2的禁帶寬度，擴展其光譜響應范圍至可見光區(qū)域。發(fā)揮多元金屬元素之間的協同作用可以促進甲醛分子的吸附和降解過程。Tan等［8］制備了銀納米粒子（AgNP）、TiO2和5%量的碳納米管（CNTs）組成的Ag/N摻雜TiO2/CNTs的新型高效催化劑。由于TiO2的N摻雜可減小帶隙，有利于Ti3+的形成和電子轉移，降低光生空穴對的復合速率，提高對可見光的響應。該催化劑在可見光照射下實現了95%的甲醛消除率。

3結論

TiO2作為一種典型的光催化降解甲醛的理想材料，TiO2基催化材料在光催化降解甲醛領域展現出巨大的應用潛力。為提高TiO2的光催化降解效率，解決TiO2自身帶隙寬、光響應范圍窄、電子空穴易復合等問題，研究者們通過對TiO2負載貴金屬、引入過渡金屬氧化物、非金屬以及多元共摻雜復合改性等舉措來提高光催化降解效率，增強了催化劑的穩(wěn)定性和重復使用性，從而整體提升光催化降解甲醛的能力。因此，未來的研究應繼續(xù)深入探索高效、穩(wěn)定的TiO2基催化劑的制備方法和改性策略，尤其是對多元共摻雜復合改性的深化研究，以推動其在室內空氣凈化、環(huán)境治理等領域的廣泛應用。

參考文獻：

［1］SWENBERG J A， KERNS W D， MITCHELL R I， et al. Induction of squamous cell carcinomas of the rat nasal cavity by inhalation exposure to formaldehyde vapor［J］. Cancer Research， 1980， 40（9）： 3398-3402.

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［7］LUO L， YAO W， YUAN R， et al. Synthesis of submicronsized carbondoped TiO2 for photodegradation of formaldehyde from woodbased panels［C］//IOP Conference Series： Materials Science and Engineering. IOP Publishing， 2021， 1040（1）： 012001.

［8］TAN Y， SUN L， WANG G， et al. A twostep nonthermal plasma method to fabricate Ag/Ndoped TiO2/CNTs for formaldehyde removal under visible light irradiation［J］. Journal of Cleaner Production， 2022（37）： 133.

基金項目：甘肅省教育科技創(chuàng)新項目（2024A240）

作者簡介：王小玉，女，講師，研究方向：新型綠色材料。