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目前光催化研究的方向?

光催化材料的研究方向

1)水污染治理

随着工业化和现代化的不断发展,环境污染问题日趋严重,水污染是其中重中之重。相比传统水污染治理方法,光催化法绿色环保、无二次污染。除了常见的各种染料,如亚甲基蓝 (MB)、罗丹明 B (RhB)、甲基橙 (MO) 等,其他无色的污染物,比如苯酚、双酚 A(BPA),或者各种抗生素农药等都可以降解掉。此外,光催化还可以将水体中的有毒重金属离子,如 Cr6+、Pt4+、Au3+ 等还原为低价离子,减弱其毒性。

2)水分解

传统的化石能源储量有限,且燃烧后会造成温室效应和环境污染,如何制造清洁可再生能源是研究热点。利用光催化将水分解为 H2 和 O2,用氢能源取代化石能源,生态环保、成本低。但目前产氢效率还比较低,距离实际工业化应用还有很长的路要走。

3)CO2 还原

随着大气中 CO2 浓度不断增加,温室效应越发明显,极端气候频发,如何降低大气中 CO2 含量是函待解决的重大问题。利用光催化技术,将 CO2 还原为甲烷、甲醇、甲酸等有机化合物,具有很高的应用价值。

4)空气净化

空气中含有的污染物主要有氮氧化物 (NO2,NO 等),硫氧化物(SO2,SO3 等),各种挥发性有机化合物(甲苯、苯、二甲苯、乙醛、甲醛等)。目前处理空气污染常见方法为物理吸附或者借助贵金属降解,物理吸附适用面广,但只适合于浓度较高污染物;贵金属降解成本高,且条件苛刻,耗能高,效率低,只适用于有经济条件的工厂。光催化作为一种新型的绿色环保技术,成本低,适用面广,显示出广阔应用前景。

5)抗菌

抗菌材料分为有机和无机两类,而有机材料抗菌性弱、耐热性差、稳定性较差等特点限制了其使用,并逐渐被无机抗菌材料取代,而负载有银、铜等金属离子的无机杀菌剂能使细胞失去活性,但细菌被杀死后,可释放出致热和有毒的组分,如内毒素。而 TiO2 等光催化剂不仅能杀死细菌,还能彻底降解有毒组分。

6)有机合成

传统有机合成经常使用到有害有毒或者危险试剂,且一些反应条件苛刻,而光催化有机合成反应条件温和,具备高选择性,简单环保,成为有机合成研究热点。目前,光催化在有机合成中的应用有:

 (1)醇,胺,烯烃和烷烃的氧化或芳香族化合物羟基化反应;

 (2)用亲核试剂活化、官能化 α-C-H 键以构建新的 C-C 或 C-X(X = O,N 或 S)键;

 (3)将硝基苯还原成氨基苯或偶氮苯等等。

当然光催化的研究方向绝不止上面提到的这些,比如自清洁、太阳能电池等等。总而言之,光催化是一个充满朝气与挑战的领域,其中一些技术能实现大规模生产和应用的话,将对人类生活带来莫大的改善。

光催化材料制备就业前景

光催化就业面很广;

可以静心搞理论研究;

可以开发新催化剂及新工艺;

可以搞生产及管理;

与化学化工沾边的所有职业均可以选择;

我国目前真正从事催化剂研究及生产的人数约五六千,大部分人到与之相关的方向就业;

今后几年,光催化材料专业的就业形势,一定会更好,催化的发展必定会更加快。