新型光催化材料在大气净化中的应用

新型光催化材料在大气净化中的应用

张遵强

湖南景晟环保科技有限责任公司 422000

摘要：如今，大气污染逐渐严重，不利于我国可持续发展。对此，应与时俱进，转变环境治理新思想，活用新型光催化材料，净化大气环境。以此在推动我国生态文明建设的基础上，筑牢我国长远发展的有力基础。本文将以稀土二氧化铈这一光催化材料为研究对象，围绕清除挥发性有机污染物、氮氧化物，净化温室气体，展开应用分析。

关键词：新型光催化材料；大气净化；环境污染

当前，大气污染日渐加剧，对自然生态，甚至是人类生命安全带去了负面影响，亟待有效化解。稀土二氧化铈具有光学性质强、晶体结构稳定，以及氧流动性表现优异等突出特点，加之可实现近紫外-可见光的快速响应，能够广泛适用于大气净化中，清除大气中的有机污染物、氮氧化物、温室气体等污染物质，是新时代下发展潜力较大的新型光催化材料之一。因此，站在大气净化角度，针对新型光催化材料的科学应用展开研究，具有一定的现实意义。

1.光催化清除挥发性有机污染物

工业废气、汽车尾气、房屋装修涂料等，均为产生挥发性有机污染物VOCs的主要来源。处于温室环境下，极易导致VOCs的快速挥发，在降低大气环境质量的同时，危害人体健康。

稀土铈基材料所持有的优点较多，如储-释氧能力强，以及表面氧缺陷含量大等，将其科学引进于VOCs消除中，其光催化反应表现将较为优质，详见表1所示。据相关研究显示，铈基材料表面结构是决定VOCs光催化反应性能的主要因素，尤其是氧缺陷浓度，在加入适量Eu后，能够显著提升光生电子-空穴的分率效率，有助于吸附大气中的甲醛[1]。同时，铈基材料在光能转变热能这一方面占据较强优势，可优化光催化氧化表现。以CeMnxOy/TiO2 材料为例，其能够在太阳光下，广泛吸收200-2400nm的全光谱，随即衍生出热能，加大催化热量。进而以光热协同的模式，在短时间内清除大气环境中的苯污染物。

因稀土铈基这一光催化材料在VOCs降解消除过程中，可能出现某些有毒物质，所以在未来，为进一步发挥光催化材料的大气净化作用，还应重点聚焦该材料的可控合成。如针对性利用活性组分与某一载体的相互促进作用，增强光催化剂的整体稳定性，或是以有机材料，适当加大光催化反应面积，提高对VOC的降解水平等，继而系统建立环保、绿色、安全、高效的光催化VOCs反应体系。

表1.新型铈基材料在光催化清除大气污染中的应用表现

2.光催化清除氮氧化物

NOx氮氧化物是引发大气环境污染的主要物质，也是形成酸雨、温室效应、雾霾、臭氧层空洞等不良环境问题的关键因素，可对动物、植物，以及人体，带去毒害作用。

稀土CeO2材料的价态可变、氧空位丰富等特点较为突出，其可成为光催化消除氮氧化物的核心材料之一。这是因为，CeO2作为一种碱性氧化物，具有不断吸附、持续活化NO的功能作用[2]。此外，CeO2催化剂表层具有一定的氧空位，可采取还原，或是掺杂等手段方法，强化其表层氧空位浓度，从而有效压缩光生电子-空穴发生复合反应的概率，提高可见光吸收效率，实现光催化净化。如在合成CoOx负载的N掺杂CeO2样品实验中，由于N的加入，显著增强了催化剂吸附性能，能够充分吸附NO分子。且受Ce与Co的电子作用，可促使催化剂快速形成氧空位，实现了O2的高效活化，切实提升其反应表现。

现阶段，光催化消除NO的核心原理为，通过光催化材料的正当使用，将NO氧化为硝酸根。然而，该技术的适用范围较为有限，仅可用于低浓度氮氧化物的清除中。未来，还需通过研究实践，逐步提升NO转化率。即以铈基催化剂的科学运用，强化NO消除能力，净化大气，加强环境保护。

3.光催化净化温室气体CO2

工业化背景下，人类社会活动逐步增多，化石能源被大量燃烧耗用，导致温室气体排放量不断增长，破坏了自然环境中的碳循环秩序，使得全球变暖加剧。怎样精准把控大气化境中的CO2含量，成为了环保工程领域的热门课题。

稀土材料对催化剂的作用性较强，能够灵活调节其表面酸碱性。而CeO2作为稀土催化材料的重要构成部分之一，可利用其持有的4f电子、Ce3+与Ce4+切换等优势，运用于大气环境净化等环保工程领域中。如以MCe-LDHs双氢氧化物，实时调整Ce3+与Ce4+的实际浓度比，将CO2吸附活化能力控制在最佳范围内[3]。同时，CeO2氧空位的存在，可加快羟基物种的吸附效率，随之衍生出大量电子，加强分子中C空轨道表现，优化CO2净化效果。

如今，以光催化材料净化CO2，虽然得到了较为喜人的实验结果，但应用于实践中，仍具有较强的挑战性。未来，还需着力强化光催化材料的发反应效率，推动氧化还原。即从以下几方面入手，进行改进。即研发半导体催剂，提高相关产物的产出率；在温度、波长、压力等层面，研发光催化反应器，彰显光催化材料的实际应用价值，实现光催化还原CO

2技术的大范围普及，增强光催化技术社会效应。

结语

综上所述，环境污染的持续加剧，不仅阻碍了我国发展进程，还将对人体健康带去严重威胁，迫切需要有效应对。而光催化领域的迅猛发展，推动各类新型光催化材料应运而生，由于这些材料普遍具有结构稳定、氧化性高等优势特点，因此被应用于大气污染整治中，切实发挥了空气净化等功能作用。本文以稀土二氧化铈这一新型光催化材料为研究对象，分析了其在清除有机污染物、氮氧化物，净化温室气体中CO2的应用。旨在通过充分彰显新型光催化材料的运用价值，探索大气净化新路径，推动我国生态环境健康发展。

参考文献

[1]戚磊,王根,李名洲. 大气环境中挥发性有机废气治理技术 [J]. 化工设计通讯, 2023, 49 (05): 172-174.

[2]孙晨,赵昆峰,易志国. 甲烷完全催化氧化研究进展 [J]. 无机材料学报, 2023, 38 (11): 1245-1256.

[3]王娟,万晓宇. 大气污染治理中催化技术的运用研究 [J]. 清洗世界, 2023, 39 (03): 137-139.