鈣鈦礦型光催化材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及進展

鈣鈦礦型材料具有與天然鈣鈦礦（CaTiO3）相同的晶體結(jié)構(gòu)，其化學(xué)通式為ABX3，A為堿土或稀土金屬離子，B為過渡金屬離子，X為原子半徑較小的陰離子。通過元素的替換和摻雜可以調(diào)控鈣鈦礦型材料的催化性能，A位和B位都可被相同或不同價態(tài)離子取代，用A1?xA′xB1?yB′yX3+δ表示。元素周期表中絕大部分元素都能組成穩(wěn)定的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。鈣鈦礦材料具有光、電、磁等物理特性以及氧化還原性、催化活性等化學(xué)性質(zhì)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于催化領(lǐng)域。近年來，研究者發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦型材料具備優(yōu)異的電子結(jié)構(gòu)，利于電子激發(fā)和遷移，可將光響應(yīng)段向可見光區(qū)移動，所以鈣鈦礦型材料作為光催化劑對太陽光具有極高的利用率。同時，通過晶格畸變可以強烈影響鈣鈦礦型材料的光生電荷載流子的分離，進而避免復(fù)合過程。所以，鈣鈦礦型材料作為新型光催化劑的潛力逐步得到重視。鈣鈦礦型材料的光催化原理與傳統(tǒng)光催化材料相似。在可見光或紫外光照射下，鈣鈦礦產(chǎn)生光生電子和空穴，光生電子和空穴在內(nèi)部電場力的作用下分離并分別轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶（CB）和價帶（VB），這些電荷與表面吸附的氧氣和氧化物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生具有強氧化性的自由基，進而實現(xiàn)污染物的降解。本文綜述了鈣鈦礦型光催化劑的活性影響因素、新型鈣鈦礦光催化材料的發(fā)展現(xiàn)狀以及鈣鈦礦材料在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對其目前面臨的問題及未來發(fā)展方向進行了展望。摘要：光催化技術(shù)和光芬頓技術(shù)是解決環(huán)境污染和能源短缺問題的有效手段，而光催化劑是其研究核心。鈣鈦礦材料因其在光催化能量轉(zhuǎn)換和環(huán)境凈化方面的潛力而成為新型光催化材料的研究熱點。該文綜述了鈣鈦礦型光催化劑的特性、活性影響因素和新型鈣鈦礦光催化材料的發(fā)展現(xiàn)狀，歸納了該材料在染料廢水處理、氨氮廢水處理、金屬離子氧化還原、大氣污染物凈化和土壤有機物及重金屬去除中的應(yīng)用進展，并對其在實際應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)及未來發(fā)展方向進行了討論。最后指出鈣鈦礦型光催化劑目前發(fā)展面臨的關(guān)鍵問題在于節(jié)能綠色制備方法的開發(fā)、新型復(fù)合鈣鈦礦材料尤其是高比表面積鈣鈦礦基體材料的研發(fā)和針對鈣鈦礦材料特性的反應(yīng)器的建造。結(jié)束語與展望大量鈣鈦礦材料已被用作光催化劑。鈣鈦礦豐富的空間結(jié)構(gòu)為獨特性能材料的產(chǎn)生提供了可能，從而產(chǎn)生了一系列具有獨特性能的材料體系。本文總結(jié)了鈣鈦礦型光催化劑的活性影響因素、新型鈣鈦礦光催化材料的發(fā)展現(xiàn)狀以及鈣鈦礦材料在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。鈣鈦礦型光催化劑具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，組成多樣等優(yōu)點，但目前研究還停留在實驗室水平，面臨諸多挑戰(zhàn)。（1）鈣鈦礦型光催化劑可通過溶膠-凝膠法、化學(xué)共沉淀法、水熱法和固相反應(yīng)法等制備而成，但其單獨使用仍然存在比表面積小和顆粒聚集等問題，進而限制其應(yīng)用。將幾種制備工藝聯(lián)合使用是未來的發(fā)展方向，并且研究者應(yīng)著力于開發(fā)新的制備工藝。（2）純相鈣鈦礦型光催化劑面臨巨大挑戰(zhàn)，提高穩(wěn)定性和可回收性是開發(fā)新型鈣鈦礦光催化劑的重點，研究鈣鈦礦在不同載體上的催化活性是值得關(guān)注的課題。（3）鈣鈦礦型光催化劑在水、氣和土壤中有機物及重金屬去除等方面有了廣泛應(yīng)用，但大多集中在實驗室水平。因此，應(yīng)在未來的研究中建立現(xiàn)場驗證的操作程序，以減輕光催化劑在實際應(yīng)用中受到的影響。基于此，作者認(rèn)為，在今后的研究中，可從以下3點開展：首先是新型制備方法的開發(fā)，目前的鈣鈦礦制備方法多需要高溫煅燒且產(chǎn)物存在聚集程度高等問題，所以開發(fā)節(jié)能綠色的制備方法是實現(xiàn)鈣鈦礦光催化材料工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵；其次是新型鈣鈦礦材料的開發(fā)，其中復(fù)合型鈣鈦礦材料將成為研究重點。然而，目前國內(nèi)外研究者開發(fā)的新型催化劑往往具有穩(wěn)定性差的問題，作者認(rèn)為針對這個問題需要開發(fā)新型復(fù)合方法和新型高比表面積基體材料；最后，目前仍缺少針對鈣鈦礦型