新型光催化还原净水材料可除致癌离子

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新型光催化还原净水材料可除致癌离子

本报讯 近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室环境功能材料研究部研究员李琦及其研究团队发展出一种高效光催化还原净水材料，无需加入空穴牺牲剂即可在可见光下高效去除饮用水中常见的致癌阴离子溴酸根。相关研究结果发表于《应用催化B：环境》。

为了提升光催化还原反应的效率，通常需要在反应体系中加入空穴牺牲剂来消耗光生空穴，从而避免光生空穴对还原反应的影响。但是，这种方法增加了处理成本，容易造成水体的二次污染，不适用于饮用水处理。

贵金属/过渡金属具有较高的功函数，与光催化材料结合形成异质结，能够捕获光生电子，增强光生电子与空穴的分离，进而提升光催化反应效率，在高效光催化材料设计中得到了广泛应用。但是，这种光催化材料设计并不能有效消耗掉具有强氧化性的光生空穴，实现有效光催化还原反应仍需依赖在反应体系中加入空穴牺牲剂。在光催化还原材料设计上，若能通过空穴捕获与消耗来增强光生电子与空穴的分离，就可以在提升光催化还原反应效率的同时避免在反应体系中加入空穴牺牲剂，从而解决上述问题。

经过理论分析和材料筛选，该团队选择了半金属Bi与金红石TiO2结合形成异质结。作为一种半金属，Bi有着特殊的物理性质。与贵金属或过渡金属相比，Bi的功函数较低，约为4.22 eV，与金红石TiO2比较接近；块体Bi与金红石TiO2结合形成异质结时TiO2产生的光生电子依然能够被块体Bi捕获。随着其尺寸减小到纳米尺度，半金属Bi从金属转变为半导体，伴随此转变纳米Bi出现导带位置上升与价带位置降低的半导体特性。此时，半导体纳米Bi的导带高于金红石TiO2的导带，光照下产生的具有强还原性的光生电子将不能向纳米Bi转移，而是留在金红石TiO2上；而光生空穴能够转移到纳米Bi上，并通过将Bi氧化为Bi3+从而被消耗掉。该材料体系不仅能够通过提高光生电子的寿命来提升光催化还原反应效率，而且避免了在反应体系中加入空穴牺牲剂，非常适于光催化还原技术在饮用水处理中的应用。（王心怡）

《中国科学报》 (2017-07-31 第5版 创新周刊)
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http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/7/383747.shtm
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