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半導(dǎo)體光催化劑在實(shí)際應(yīng)用中容易出現(xiàn)顆粒團(tuán)聚、不易分離回收等問題。將光催化劑負(fù)載到載體上可以有效地避免團(tuán)聚問題，同時(shí)能夠增強(qiáng)催化劑的光催化活性和穩(wěn)定性。

高嶺土具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、良好的吸附性能且廉價(jià)易得，因而被廣泛作為半導(dǎo)體光催化劑的載體。光催化劑與高嶺土復(fù)合后，可在提升光催化劑吸附性和光催化活性的同時(shí)降低催化劑的制備成本并增強(qiáng)催化劑的穩(wěn)定性，從而推動(dòng)高嶺土基光催化劑在環(huán)境凈化等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

1、TiO2/高嶺土

目前用于TiO2/高嶺土復(fù)合光催化劑的制備方法較多，主要有溶膠-凝膠法、機(jī)械力化學(xué)法、水解沉淀法和微波法。

（1）溶膠-凝膠法

作為目前最常見的TiO2負(fù)載方法之一，溶膠-凝膠法一般以無機(jī)鈦鹽類或鈦酸酯類為TiO2前驅(qū)體，加入無水乙醇、冰醋酸或蒸餾水等溶液，陳化后得到溶膠狀態(tài)TiO2，然后將固定化載體浸漬于溶膠中，在室溫狀態(tài)下進(jìn)行凝膠，煅燒后制得負(fù)載型TiO2光催化劑。

該方法具有工藝簡(jiǎn)單、晶型可控、產(chǎn)品純度較高且易形成多孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。

Vimonses等將鈦（Ⅳ）丁醇與無水乙醇混合，通過酸催化反應(yīng)得到TiO2溶膠。然后將溶膠滴加至高嶺土懸濁液中，通過溶膠-凝膠法獲得TiO2/高嶺土復(fù)合材料。該復(fù)合材料對(duì)剛果紅的紫外光催化降解效果要明顯優(yōu)于商用納米TiO（2P25）和TiO2。復(fù)合材料具有多孔結(jié)構(gòu)，TiO2通過Ti-O-Si鍵與高嶺土連接，增強(qiáng)了復(fù)合材料的光穩(wěn)定性。

鄧中文等以高嶺土/甲醇插層復(fù)合物為前驅(qū)體，通過加入表面活性劑進(jìn)行插層反應(yīng)后煅燒得到管狀高嶺土。然后以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，通過溶膠-凝膠法將TiO2負(fù)載到管狀高嶺土上。由于管狀高嶺土的表面效應(yīng)，復(fù)合材料具有明顯的可見光吸收。可見光催化降解甲基橙的效率較單一TiO2提高了30%。

Li等采用氮?dú)鈿夥照T導(dǎo)下的溶膠-凝膠法制備了0D/2D型TiO2/高嶺土復(fù)合材料。采用氮?dú)鈿夥照T導(dǎo)下制備的TiO2/高嶺土復(fù)合材料能夠產(chǎn)生表面氧空位和缺陷。該復(fù)合材料能夠在較寬的光譜范圍（200～800nm）實(shí)現(xiàn)環(huán)丙沙星和甲醛的快速降解，其在紫外光、太陽(yáng)光和可見光下對(duì)環(huán)丙沙星的降解速率分別是單一TiO2的7.00倍、2.54倍和3.13倍。氧空位的產(chǎn)生以及高嶺土的載體效應(yīng)是光催化活性以及光響應(yīng)能力增強(qiáng)的主要原因。

（2）機(jī)械力化學(xué)法

機(jī)械力化學(xué)法是指利用機(jī)械能誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)從而誘導(dǎo)材料的組織、結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，以制備新材料或?qū)Σ牧线M(jìn)行改性處理的一種方法。

王旭明等以三乙醇胺為分散劑，將TiO2漿體與高嶺土懸浮液進(jìn)行混合濕磨。超細(xì)粉體界面間發(fā)生粘接附著、范德華吸附或晶界重組等物理化學(xué)變化，從而形成界面結(jié)合良好的復(fù)合粒子。該復(fù)合材料對(duì)甲基橙的光催化降解效率為69%，高于純TiO2（57%）。

（3）水解沉淀法

相對(duì)于溶膠-凝膠法，水解沉淀法一般以無機(jī)鈦源（TiOSO4或TiCl4）為前驅(qū)體，具有制備成本更低的優(yōu)點(diǎn)。

Henych等以TiOSO4和高嶺土為原料，尿素為沉淀劑，制備了TiO2/高嶺土復(fù)合光催化劑。TiO2與高嶺土復(fù)合后，TiO2顆粒均勻地分布于高嶺土表面，有效地抑制了顆粒的聚集，因此比表面積明顯增大。在紫外光下，復(fù)合材料催化降解染料活性黑和氣相丙酮的性能明顯提升。

馬惠言等將TiCl4滴加到鹽酸溶液中，并在低溫條件下將混合溶液滴加至高嶺土懸濁液中，陳化后煅燒得到TiO2/高嶺土復(fù)合材料。在紫外光下，復(fù)合材料在3h內(nèi)對(duì)草酸的降解率高達(dá)95.5%，遠(yuǎn)高于相同條件下的TiO2（12%）。

2、摻雜TiO2/高嶺土

近年來，研究者嘗試許多方法來提高TiO2的光量子利用率，其中摻雜能夠引入一定程度的缺陷能級(jí)，產(chǎn)生電子或空穴陷阱，使得光生載流子的分離效率提高，是一種有效提高光量子利用率的方法。

吳稱意等采用溶膠-凝膠法制備了Bi摻雜TiO2/高嶺土復(fù)合材料。合適的摻雜量使得光生電子空穴的復(fù)合率降低，然而摻雜量過高時(shí)則可能導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的破壞。

與其它形式的TiO2相比，TiO2納米管比表面積更大，因而在一定程度上具有更好的吸附性能和光催化性能。

丁海輝等以尿素為氮源，通過水熱法合成了氮摻雜TiO2納米管。然后通過簡(jiǎn)單的浸漬法制備出氮摻雜TiO2納米管/高嶺土復(fù)合材料。復(fù)合材料中TiO2納米管同時(shí)存在銳鈦礦和金紅石兩種晶型。由于氮元素的p軌道與TiO2中的O2p軌道雜化，使得半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶位置提高，半導(dǎo)體材料的帶隙減小，因而光響應(yīng)能力顯著增強(qiáng)。復(fù)合材料可用于快速降解水體中甲基橙，60min內(nèi)降解率高達(dá)90.2%。

徐志永等采用溶膠-凝膠法分別制備了Fe2O3和ZnO摻雜TiO2/高嶺土復(fù)合材料。在紫外光下6h，摻雜Fe2O3和ZnO的TiO2/高嶺土對(duì)云母珠光工業(yè)廢水的降解率分別為99.8%和91.4%。Fe2O3的禁帶寬度與TiO2相差較大，更利于在兩者之間形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)光生電子和空穴的分離。因此，F(xiàn)e2O3摻雜復(fù)合材料表現(xiàn)出了優(yōu)于ZnO/TiO2/高嶺土復(fù)合材料的光催化活性。

3、ZnO/高嶺土

ZnO作為一種n型寬帶隙半導(dǎo)體，帶隙能與TiO2相當(dāng)（3.37eV），具有優(yōu)異的光電性質(zhì)，又因其具有高反應(yīng)性、無毒性和低成本的特點(diǎn)，故ZnO被認(rèn)為是極具應(yīng)用前景的光催化劑之一。

牛鳳興等采用化學(xué)沉淀法在乙二酸溶液中合成了ZnO/高嶺土復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料光催化性能明顯優(yōu)于純ZnO，對(duì)亞甲基藍(lán)的脫色率達(dá)98%，且復(fù)合材料循環(huán)使用5次后對(duì)亞甲基藍(lán)的脫色率仍超過80%。此外，牛鳳興等還采用水熱法制得ZnO/高嶺土復(fù)合光催化劑并將其應(yīng)用于催化脫硫。光照180min后，復(fù)合催化劑對(duì)模擬汽油脫硫率高達(dá)90%。

Shirzad-Siboni等采用共沉淀法制得ZnO/高嶺土復(fù)合材料。在紫外光下，復(fù)合材料對(duì)Cr(Ⅵ)的光催化還原效率達(dá)到88%，遠(yuǎn)高于ZnO對(duì)Cr(Ⅵ)的還原能力（43.7%）。

Janíková等向高嶺土懸濁液中加入ZnCl2和Na2CO3，生成Na2Zn3(CO3)4·3H2O/高嶺土前驅(qū)體，經(jīng)熱分解后獲得ZnO/高嶺土復(fù)合材料。ZnO較均勻的分布在高嶺土表面。復(fù)合材料對(duì)酸性橙7的光催化降解性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于純ZnO。復(fù)合材料在降解酸性橙7過程中Zn2+溶出量始終低于1.2mg/L，證明復(fù)合材料具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4、其他高嶺土基復(fù)合光催化劑

類石墨氮化碳（g-C3N4）是一種與石墨具有類似層狀結(jié)構(gòu)的窄帶隙（2.7eV）非金屬半導(dǎo)體材料，具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)于可見光有較好的響應(yīng)，因而近年來受到廣泛關(guān)注。

姚光遠(yuǎn)等通過雙氰胺熱聚合得到g-C3N4，然后將其浸漬到高嶺土上制得g-C3N4/高嶺土復(fù)合材料。高嶺土與g-C3N4通過靜電吸引力結(jié)合，有效抑制了光生電子和空穴的復(fù)合。復(fù)合材料可見光催化降解羅丹明B的速率分別是純g-C3N4的8.62倍。

Zhu等采用氣相沉積法合成了g-C3N4/高嶺土復(fù)合材料。復(fù)合材料的比表面積高達(dá)118m2/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于純g-C3N4（8.5m2/g），其可見光催化產(chǎn)氫效率是g-C3N4的14倍。光致發(fā)光光譜分析證實(shí)g-C3N4/高嶺土中光生電子-空穴的復(fù)合率要明顯低于純g-C3N4。

Zhang等通過限制g-C3N4在多孔高嶺土模板上的生長(zhǎng)，制備了邊緣缺陷的多孔g-C3N4。該催化劑可見光催化產(chǎn)氫的速率高達(dá)1917μmol/(g·h)，是g-C3N4的2.37倍。

Hu等以Na2MoO4·2H2O、Na2S·9H2O和高嶺土為原料，制得MoS3/高嶺土前驅(qū)體，然后在氫氣氣氛下煅燒，實(shí)現(xiàn)MoS2在高嶺土上的快速沉積從而制得MoS2/高嶺土。復(fù)合材料在80min內(nèi)能將甲基橙完全降解，高于單一MoS2的降解效果。這是因?yàn)楦邘X土的存在可以減小MoS2的粒徑，提高對(duì)可見光的利用效率。

Guo等通過浸漬法成功合成了Fe2O3/高嶺土復(fù)合材料，復(fù)合材料對(duì)羅丹明B的脫色率高達(dá)98%，礦化率為66%。催化劑循環(huán)5次后，對(duì)羅丹明B仍呈現(xiàn)出較好的催化降解效果，且易于分離、成本低廉，具有較為廣闊的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

Niu等以高嶺土為載體，采用水熱法制得Cu2O/高嶺土復(fù)合材料，將其用于模擬燃料的脫硫工藝，研究發(fā)現(xiàn)該復(fù)合材料具有較強(qiáng)的催化脫硫能力，2h內(nèi)脫硫率可高達(dá)97%。

Jiang等采用濕化學(xué)法成功合成了CdS/高嶺土復(fù)合材料。研究表明，復(fù)合材料的光催化活性是純CdS的2.6倍。密度泛函理論（DFT）計(jì)算表明，高嶺土的羥基能夠通過氫鍵有效地吸附氧，同時(shí)吸附水進(jìn)一步促進(jìn)氧的吸附。由于這些特殊的性質(zhì)，高嶺土納米片的引入提高了光生電荷分離效率，并且通過提供富氧微環(huán)境促進(jìn)了超氧自由基的生成，從而顯著地提高了CdS納米粒子的光催化性能。

來源：汪慧,楊威,劉崢,等.高嶺土基復(fù)合材料的制備及其在光催化領(lǐng)域的研究進(jìn)展[J].化工新型材料:1-5.