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可用于环境修复的半导体光催化剂及其改性策略研究进展

         
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多相光催化技术作为一种直接利用太阳光降解多种污染物的先进氧化工艺在环境修复领域的研究中引起了广泛关注.在多相光催化过程中,半导体材料在太阳光的激发下,其强大的氧化/还原能力可快速高效降解各种污染物.研究者通常根据环境中污染物的状态和种类选择合适的半导体材料及修饰策略,构建高效多相光催化体系,探究光催化材料在环境修复中的应用.多相光催化技术在环境修复方面的应用已取得了较大进展,但由于自然环境中污染物种类越来越多样和复杂,多相光催化技术尚未实现大规模的应用.此外,光催化过程中光生电子空穴的分离和转移效率、半导体材料寿命和成本等因素也制约其实际应用.因此,仍需要通过合适的修饰策略制备高催化活性、高稳定性且价格低廉的光催化材料,并借助DFT计算和原位表征等技术更深入地研究和理解多相光催化过程和机理,从而实现环境目标污染物的快速降解.本文首先介绍了环境修复中半导体多相光催化的基本原理,光催化过程中活性氧物种(ROS)的种类及其作用机制,以及潜在环境污染物和环境光催化面临的挑战.其次,系统地讨论了应用于环境修复中的多相光催化半导体材料(如:金属氧化物、银基、铋系、无金属和有机聚合物、金属有机骨架、金属硫化物、Mxenes基和双金属氢氧化物基半导体等)以及半导体修饰策略(如:异质结工程、缺陷工程、助催化剂体系、元素掺杂工程、金属磷化等).最后,总结了多相光催化技术在环境修复中的应用进展,并对多相光催化在环境修复领域的未来发展方向进行了展望.

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