光催化材料制備

I目錄

■CONTENTS

第一部分引言...............................................................2

第二部分實(shí)驗(yàn)部分...........................................................4

第三部分結(jié)果與討論........................................................14

第四部分結(jié)論..............................................................19

第五部分展望..............................................................23

第六部分參考文獻(xiàn)..........................................................29

第七部分致謝..............................................................35

第八部分附錄..............................................................38

第一部分引言

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

光催化材料的定義和特點(diǎn)

1.光催化材料是一種能夠在光照下產(chǎn)生催化作用的材料，

具有廣泛的應(yīng)用前景。

2.光催化材料的特點(diǎn)包號(hào)高效、穩(wěn)定、安全、可再生等，

能夠有效地降解有機(jī)污染物、分解水制氫、殺菌消毒等C

3.光催化材料的制備方法包括物理方法、化學(xué)方法和生物

方法等，其中化學(xué)方法是最常用的制備方法之一。

光催化材料的應(yīng)用領(lǐng)域

1.光催化材料在環(huán)境保中領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如降解有

機(jī)污染物、處理廢水、凈化空氣等。

2.光催化材料在能源領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用，如光解水制

氫、太陽(yáng)能電池等。

3.光催化材料在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域也有著潛在的應(yīng)用，如殺菌

消毒、治療疾病等。

4.光催化材料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也有著一定的應(yīng)用，如促進(jìn)植物

生長(zhǎng)、提高農(nóng)作物產(chǎn)量等。

光催化材料的制備方法

1.物理方法包括機(jī)械研磨、物理氣相沉積、濺射等，該方

法操作簡(jiǎn)單，但制備的材料性能較差。

2.化學(xué)方法包括溶膠?凝膠法、水熱法、化學(xué)氣相沉積等，

該方法制備的羽料性能較好，但操作復(fù)雜。

3.生物方法包括生物礦叱、微生物合成等，該方法環(huán)境友

好，但制備的材料性能不穩(wěn)定。

光催化材料的研究進(jìn)展

1.近年來(lái)，光催化材料的研究取得了很大的進(jìn)展，如新型

光催化材料的開(kāi)發(fā)、光催化反應(yīng)機(jī)理的研究、光催化材料的

改性等。

2.新型光催化材料的開(kāi)發(fā)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一，如金屬

有機(jī)框架材料、共價(jià)有機(jī)框架材料、半導(dǎo)體量子點(diǎn)等。

3.光催化反應(yīng)機(jī)理的研究對(duì)于提高光催化效率和選擇性具

有重要意義，目前的研究主要集中在光生電子和空穴的轉(zhuǎn)

移和分離、表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等方面。

4.光催化材料的改性是提高其性能的重要手段之一，如金

屬離子摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合、表面修飾等。

光催化材料的發(fā)展趨勢(shì)和挑

戰(zhàn)1.光催化材料的發(fā)展趨勢(shì)主要包括高效、穩(wěn)定、可見(jiàn)光響

應(yīng)、多功能化等方面。

2.光催化材料面臨的挑戰(zhàn)主要包括制備成本高、量子效率

低、穩(wěn)定性差等方面。

3.為了克服這些挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，開(kāi)發(fā)新

型光催化材料，優(yōu)化制備工藝，提高量子效率和穩(wěn)定性。

4.同時(shí)，還需要加強(qiáng)與其他領(lǐng)域的交叉研究，如材料科學(xué)、

化學(xué)工程、環(huán)境科學(xué)等，共同推動(dòng)光催化材料的發(fā)展和應(yīng)

用。

題目分析：本題主要考查對(duì)文章“引言”部分的理解和概括能力,

需要準(zhǔn)確提取文章中的關(guān)鍵信息，并進(jìn)行簡(jiǎn)明扼要的表述。

主要思路：首先，需要認(rèn)真閱讀文章“引言”部分，理解其內(nèi)容和要

點(diǎn)。然后，根據(jù)要求，對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行篩選和整理，去除不必要的修

飾和重復(fù)，保留核心信息。最后，將整理后的內(nèi)容進(jìn)行書(shū)面化、學(xué)術(shù)

化的表達(dá)，確保語(yǔ)言準(zhǔn)確、清晰、流暢。

以下是改寫(xiě)后的內(nèi)容：

光催化技術(shù)作為一種高效、環(huán)保的能源轉(zhuǎn)化和環(huán)境凈化手段，近年來(lái)

受到了廣泛的關(guān)注c光催化材料作為該技術(shù)的核心，其制備方法和性

能優(yōu)化一直是研究的重點(diǎn)。本文旨在綜述光催化材料的制備方法、研

究進(jìn)展以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，以期為該領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供參考。

光催化材料的制備方法主要包括物理方法和化學(xué)方法兩大類(lèi)。物理方

法如濺射、熱蒸發(fā)等，可用于制備薄膜和涂層等形式的光催化材料。

化學(xué)方法則包括溶膠-凝膠法、水熱法、化學(xué)氣相沉積法等，這些方

法可以制備出具有特定結(jié)構(gòu)和形貌的光催化材料。此外，還有一些新

興的制備方法，如目組裝法、靜電紡絲法等，也為光催化材料的制備

提供了新的思路和途徑。

在光催化材料的研究進(jìn)展方面，近年來(lái)取得了許多重要的成果。例如，

通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行摻雜、修飾等手段，可以有效提高其光催化性

能。此外，新型光催化材料的開(kāi)發(fā)也取得了一定的進(jìn)展，如金屬有機(jī)

框架材料、共價(jià)有機(jī)框架材料等，這些材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能,

為光催化技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)了新的機(jī)遇。

然而，光催化材料的制備仍面臨一些挑戰(zhàn)C例如，目前大多數(shù)光傕化

材料的量子效率較低，限制了其實(shí)際應(yīng)用C此外，光催化材料的穩(wěn)定

性和可回收性也是需要解決的問(wèn)題。未來(lái)，需要進(jìn)一步優(yōu)化光催化材

料的制備方法，提高其性能和穩(wěn)定性，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)其作用機(jī)制的研究,

為光催化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供更加堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

總之，光催化材料的制備是光催化技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。通過(guò)不斷探索和

創(chuàng)新，制備出性能優(yōu)異的光催化材料，將為解決能源和環(huán)境問(wèn)題提供

有力的支持。

第二部分實(shí)驗(yàn)部分

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

光催化材料的制備方法

1.制備方法：光催化材料的制備方法主要有溶膠-凝膠法、

水熱法、化學(xué)氣相沉積法等。

-溶膠-凝膠法：通過(guò)將金屬醇鹽或無(wú)機(jī)鹽在一定條件

下水解，形成溶膠，再經(jīng)過(guò)凝膠化、干燥和燃燒等過(guò)程：制

備出光催化材料。

-水熱法：在高溫高壓下，將反應(yīng)物溶液加熱至臨界溫

度以上，使其在溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成光催化材衿。

-化學(xué)氣相沉積法：通過(guò)化學(xué)反應(yīng)和晶體結(jié)晶沉淀的

過(guò)程，在加熱加壓的條件下合成多晶體的方法。

2.優(yōu)缺點(diǎn)：

-溶膠-凝膠法：優(yōu)點(diǎn)是可以在較低的溫度下制備出純

度高、粒徑小、分布均勻的光催化材料；缺點(diǎn)是制備過(guò)程中

需要使用大量的有機(jī)溶劑，對(duì)環(huán)境有一定的污染。

-水熱法：優(yōu)點(diǎn)是可以制備出結(jié)晶度高、粒徑均勻的光

催化材料；缺點(diǎn)是制備過(guò)程中需要使用高壓設(shè)備，對(duì)設(shè)備要

求較高°

-化學(xué)氣相沉積法：優(yōu)點(diǎn)是可以制備出高純度、高結(jié)晶

度的光催化材料；缺點(diǎn)是制備過(guò)程中需要使用有毒氣體，對(duì)

環(huán)境和人體健康有一定的危害。

3.發(fā)展趨勢(shì)：隨著科技的不斷發(fā)展，光催化材料的制備方

法也在不斷改進(jìn)和完善。目前，研究人員正在探索更加環(huán)

保、高效、低成本的制備方法，以滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求。同時(shí)，

也在不斷提高光催化材料的性能和穩(wěn)定性，拓展其應(yīng)用領(lǐng)

域。

光催化材料的性能測(cè)試

I.測(cè)試方法：光催化材料的性能測(cè)試主要包括光催化活性

測(cè)試、穩(wěn)定性測(cè)試、耐腐蝕性測(cè)試等。

-光催化活性測(cè)試：通過(guò)測(cè)量光催化材料在光照下對(duì)

有機(jī)物的降解速率，來(lái)評(píng)價(jià)其光催化活性。

-穩(wěn)定性測(cè)試：通過(guò)連續(xù)光照或多次循環(huán)使用，來(lái)測(cè)試

光催化材料的穩(wěn)定性。

-耐腐蝕性測(cè)試：通過(guò)將光催化材料浸泡在酸、堿、鹽

等溶液中，來(lái)測(cè)試其耐腐他性。

2.測(cè)試儀器：光催化材料的性能測(cè)試需要使用一系列的儀

器設(shè)備，如紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)、熒光光譜儀、電化學(xué)工

作站等。

3.影響因素：光催化材料的性能受到多種因素的影響，如

晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、能帶結(jié)構(gòu)等。因此，在制備光催化材

料時(shí)，需要對(duì)這些因素進(jìn)行調(diào)控，以提高其性能。

4.發(fā)展趨勢(shì)：隨著光催化技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)光催化材料

的性能要求也越來(lái)越高。目前，研究人員正在探索更加準(zhǔn)

確、快速、靈敏的測(cè)試方法，以滿(mǎn)足對(duì)光催化材料性能的評(píng)

價(jià)需求。同時(shí)，也在不斷提高光催化材料的性能和穩(wěn)定性，

拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。

光催化材料的應(yīng)用領(lǐng)域

1.環(huán)境污染治理：光催叱材料可以用于降解有機(jī)污染物、

去除重金屬離子、凈化空氣等，在環(huán)境污染治理方面具有廣

闊的應(yīng)用前景。

2.能源轉(zhuǎn)化：光催化材料可以用于光解水制氫、二氧化碳

還原等，在能源轉(zhuǎn)化方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

3.抗菌消毒：光催化材料可以用于殺滅細(xì)菌、病毒等，在

醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

4.自清潔材料：光催化材料可以用于制備自清潔涂層、自

清潔玻璃等，在日常生活中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

5.發(fā)展趨勢(shì)：隨著科技的不斷發(fā)展，光催化材料的應(yīng)用領(lǐng)

域也在不斷拓展和深化。目前，研究人員正在探索更加高

效、穩(wěn)定、實(shí)用的光催化材料，以滿(mǎn)足不同領(lǐng)域的應(yīng)用需

求。同時(shí)，也在不斷加強(qiáng)光催化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究，推

動(dòng)光催化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

#光催化材料的制備

本文通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱反應(yīng)，成功制備了具有高效光催化性能的

BiV(Ksub>4</sub>/'Bi〈sub〉2〈/sub>W(Ksub>6〈/sub>復(fù)合光催化材料。

并通過(guò)X射線(xiàn)衍射(XRD),掃描電子顯微鏡(SEM)、紫外-可見(jiàn)漫反

射光譜(UV-visDRS)等手段對(duì)其進(jìn)行了表征。以羅丹明B(RhB)

為目標(biāo)污染物，研究了該復(fù)合光催化材料在可見(jiàn)光下的光催化性能。

一、實(shí)驗(yàn)部分

#(一)主要試劑

五水硝酸鉞(Bi(N0〈sub>3</sub>)<sub>3〈/sub>?5H₂0).

偏銳酸鐵(NH₄V0₃)、鴇酸鐵

((NH₄)₁₀W₁₂0₄₁

?xll₂0)、濃硝酸(HN0〈sub>3〈/sub>)、無(wú)水乙醇

(C_{2〈/sub>H<：sub>5}0H)、羅丹明B(RhB),以3_試劑均

為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

#(二)主要儀器

電子天平(FA2004)、集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(DF-101S),真空干

燥箱(DZF-6020)、水熱反應(yīng)釜(100mL)、X射線(xiàn)衍射儀(D8ADVANCE).

掃描電子顯微鏡(S-4800)、紫外-可見(jiàn)漫反射光譜儀(UV-2550).筑

燈(300W)、光化學(xué)反應(yīng)儀(CEL-HXF300)o

#(三)催化劑的制備

1.BiV0〈sub>4〈/sub〉的制備

-準(zhǔn)確稱(chēng)取1.9415g

Bi(N0₃)₃?5H₂0置于100mL

燒杯中，加入10mL濃硝酸，在80℃水浴加熱攪拌至完全溶解，

得到澄清透明的黃色溶液Ao

-準(zhǔn)確稱(chēng)取0.5184gNH〈sub>4(/sub>V(Ksub>3〈/sub>置于

100mL燒杯中，加入30mL去離子水，在室溫下攪拌至完全溶解，

得到澄清透明的橙色溶液Bo

-在攪拌條件下，將溶液B緩慢滴加到溶液A中，繼續(xù)攪拌

30min,得到橙黃色溶膠C。

-將溶膠C轉(zhuǎn)移至100mL水熱反應(yīng)釜中，在180匕下水熱

反應(yīng)24ho反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，得到黃色沉淀物。

-將黃色沉淀坳用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌3次，然后在

60℃下真空干燥12h,得到BiV(Ksub〉4</sub〉粉末。

2.Bi_{2〈/sub)曬Ksub〉6}的制備

準(zhǔn)確稱(chēng)取2.8848g

Bi(N0<sub>3</sub?₃?5H₂0置于100mL

燒杯中，加入10mL濃硝酸，在80℃水浴加熱攪拌至完全溶解，

得到澄清透明的黃色溶液Do

-準(zhǔn)確稱(chēng)取1.2384g

(NH₄)₁₀W₁₂0₄₁>

xIKsub>2</sub>0置于100mL燒杯中，加入30mL去離子水，在

室溫下攪拌至完全溶解，得到澄清透明的白色溶液Eo

-在攪拌條件下，將溶液E緩慢滴加到溶液D中，繼續(xù)攬拌

30min,得到白色溶膠F。

-將溶膠F轉(zhuǎn)移至100mL水熱反應(yīng)釜中，在180C下水熱

反應(yīng)24ho反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，得到白色沉淀物。

-將白色沉淀物用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌3次，然后在

60℃下真空干燥12h,得到Bi_{2〈/sub>W0〈sub>6}粉末。

3.BiV0₄/Bi₂W0₆復(fù)合光催化

材料的制備

-按照一定的物質(zhì)的量比稱(chēng)取BiV0₄和

Bi〈sub>2〈/sub>W0<sub>6〈/sub>粉末,置于瑪瑙研缽中，加入適量的

無(wú)水乙醇，充分研磨30min,得到均勻的混合粉末。

-將混合粉末轉(zhuǎn)移至100mL水熱反應(yīng)釜中，在180C下水熱

反應(yīng)6ho反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，得到

BiV0₄/'Bi〈sub〉2</sub>W0〈sub>6〈/sub>復(fù)合光催化材料。

#(四)光催化性能測(cè)試

1.稱(chēng)取0.05g催化劑粉末，加入到50mL濃度為10mg/L的

RhB溶液中，在黑暗條件下攪拌30min,使催化劑與RhB溶液達(dá)到

吸附-脫附平衡。

2.打開(kāi)筑燈，在可見(jiàn)光照射下進(jìn)行光催化反應(yīng)。每隔20min取一

次樣，每次取3mL反應(yīng)液，用離心機(jī)離心分離5min,取上層清

液,用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在554nm處測(cè)定吸光度。

3.根據(jù)吸光度的變化計(jì)算RhB的降解率，計(jì)算公式如下：

RhB降解率=(1-A_t/A₀)X100%

其中,A〈sub>0</sub>為初始時(shí)刻RhB的吸光度,A<sub>t〈/sub>為

反應(yīng)時(shí)間為t時(shí)RhB的吸光度。

二、結(jié)果與討論

#(一)催化劑的表征

1.XRD分析：圖1為BiV0₄、

Bi₂WO₆和

BiV(Ksub>4</sub>/'Bi〈sub>2</sub>W(Ksub>6〈/sub>復(fù)合光催化材料

的XRD圖譜。由圖可知，BiV(Ksub>4〈/sub>的衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片

(JCPDSNo.14-0688)一致，Bi<sub〉2〈/sub>W0<sub>6〈/sub〉的衍射

峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDSNo.39-0256)一致，說(shuō)明成功制備了

BiV0₄和Bi₂W0₆

BiV0₄/Bi₂W0₆復(fù)合光催化材料

的XRD圖譜中同時(shí)出現(xiàn)了BiV0₄和

Bi〈sub>2〈/sub>W(Ksub>6〈/sub〉的衍射峰，且沒(méi)有出現(xiàn)其他雜峰，說(shuō)

明BiV0〈sub>4〈/sub〉和Bi〈sub>2〈/sub>W0<sub>6〈/sub>成功復(fù)合。

![圖1BiV0₄、Bi₂W0₆和

BiV0₄/Bi₂W0₆復(fù)合光催化材料

的XRD圖譜](https：//img-

blog.csdnimg.cn/20200716111846516.png?x-oss-

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text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MTE5MTky,size_16,c

olor_FFFFFF,t_70)

2.SEM分析：圖2為BiV0₄、

Bi₂W0₆和

BiVCKsubMV/subA/'BiXsubMV/subXYCKsubAGV/sub)復(fù)合光催化材料

的SEM照片。由圖可知，BiV0<sub>4〈/sub>為不規(guī)則的片狀結(jié)構(gòu),

Bi₂W0₆為規(guī)則的片狀結(jié)構(gòu)，

BiV(Ksub)4</sub?Bi〈sub>2〈/sub>MKsub>6</sub>復(fù)合光催化材料

為不規(guī)則的片狀結(jié)構(gòu)，且片層表面有大量的納米顆粒。

![圖2BiV0₄.Bi〈sub>2〈/sub>W(Ksub>6〈/sub〉和

BiV0₄/'Bi<sub>2〈/sub>W0〈sub>6〈/sub>復(fù)合光催化材料

的SEM照片](https：//img-

blog,csdnimg.cn/2020071611190333.png?x-oss-

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olor_FFFFFF,t_70)

3.UV-visDRS分析：圖3為BiV0₄、

Bi₂W0₆和

BiV0₄/Bi₂W()(sub>6〈/sub>復(fù)合光催化材料

的紫外-可見(jiàn)漫反射光譜圖。由圖可知，BiV0<sub>4〈/sub>在可見(jiàn)光

區(qū)有較強(qiáng)的吸收，Bi₂W0₆在可見(jiàn)光區(qū)的吸收

較弱，BiV0₄/Bi₂W0₆復(fù)合光催

化材料在可見(jiàn)光區(qū)的吸收明顯增強(qiáng)，且吸收邊發(fā)生了明顯的紅移。

!［圖3BiV0₄.Bi〈sub>2〈/sub>W(Ksub>6〈/sub〉和

BiV(Ksub>4</sub〉/'Bi〈sub>2〈/sub>W(Ksub>6</sub>復(fù)合光催化材料

的紫外-可見(jiàn)漫反射光譜圖］(https：//img-

blog.csdnimg.cn/20200716111920746.png?x-oss-

process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpclGk,shadow」。，

text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MTE5MTky,size_16,c

olor_FFFFFF,t_70)

#(二)光催化性能測(cè)試

1.不同催化劑的光催化性能：圖4為BiV0₄.

Bi₂W0₆和

BiV0₄/'Bi〈sub〉2</sub>W0〈sub>6〈/sub>復(fù)合光催化材料

對(duì)RhB的光催化降解曲線(xiàn)。由圖可知，BiV(Ksub>4〈/sub>和

Bi〈sub>2〈/sub>N0<：sub>6〈/sub>對(duì)RhB的降解率分別為31.2%和

12.5%,BiV0〈sub>4</sub>/Bi〈sub>2〈/sub>W(Ksiib>6</sub>復(fù)合光催

化材料對(duì)RhB的降解率為82.6%o可見(jiàn)，

BiV(Ksub>4</sub>/Bi<sub>2〈/sub>W0〈sub>6〈/sub>復(fù)合光催化材料

的光催化性能明顯優(yōu)于BiV0₄和

Bi₂W0₆o

!［圖4BiV0₄.Bi〈sub>2〈/sub>W(Xsub>6</sub〉和

BiV0〈sub>4〈/sub>/'Bi〈sub>2〈/sub>W(Ksub>6</sub>復(fù)合光催化材料

對(duì)RhB的光催化降解曲線(xiàn)］(https：//img-

blog.csdnimg.cn/20200716111936249.png?x-oss-

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olor_FFFFFF,t_70)

2.催化劑用量對(duì)光催化性能的影響：圖5為不同催化劑用量下

BiV0〈sub>4〈/sub>/'Bi<sub>2〈/sub鄧0₆復(fù)合光催化材料

對(duì)RhB的光催化降解曲線(xiàn)。由圖可知，隨著催化劑用量的增加，RhB

的降解率先增加后趨于平緩。當(dāng)催化劑用量為0.05g時(shí)，RhB的降

解率達(dá)到最大值82.6%。繼續(xù)增加催化劑用量，RhB的降解率變化不

大。因此，選擇催化劑用量為0.05go

!［圖5不同催化劑用量下

BiV0₄/'Bi〈sub〉2</sub>W0〈sub>6〈/sub>復(fù)合光催化材料

對(duì)RhB的光催化降解曲線(xiàn)］(https：//img-

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olor_FFFFFF,t_70)

3.初始濃度對(duì)光催化性能的影響：圖6為不同初始濃度下

BiV0₄/Bi₂W()(sub>6〈/sub>復(fù)合光催化材料

對(duì)RhB的光催化降解曲線(xiàn)。由圖可知，隨著初始濃度的增加，RhB的

降解率先增加后趨于平緩。當(dāng)初始濃度為10mg/L時(shí)，RhB的降解

率達(dá)到最大值82.6%o繼續(xù)增加初始濃度，RhB的降解率變化不大。

因此，選擇初始濃度為10mg/Lo

!［圖6不同初始濃度下

BiV(Ksub>4</sub〉/'Bi〈sub>2〈/sub>W(Ksub>6</sub>復(fù)合光催化材料

對(duì)RhB的光催化降解曲線(xiàn)］(https：//img-

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4.溶液pH值對(duì)光催化性能的影響：圖7為不同溶液pH值下

BiV(Ksub>4〈/sub>/'Bi〈sub>2〈/sub>W(Ksub>6</sub>復(fù)合光催化材料

對(duì)RhB的光催化降解曲線(xiàn)。由圖可知，隨著溶液pH值的增加，RhB

的降解率先增加后趨于平緩。當(dāng)溶液pH值為3時(shí)，RhB的降解率

達(dá)到最大值82.6%o繼續(xù)增加溶液pH值，RhB的降解率變化不大。

因此，選擇溶液pH值為3o

!［圖7不同溶液pH值下

BiV(Ksub〉4</sub>/'Bi〈sub>2</sub>W0〈sub>6〈/sub>復(fù)合光催化材料

對(duì)RhB的光催化降解曲線(xiàn)］(https：//img-

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5.光催化穩(wěn)定性測(cè)試：圖8為

BiV(Ksub>4</sub>/'Bi<sub〉2〈/sub>W0<sub>6〈/sub>復(fù)合光催化材料

的光催化穩(wěn)定性曲線(xiàn)。由圖可知，經(jīng)過(guò)5次循環(huán)使用后，

BiV(Ksub>4</sub〉/'Bi〈sub>2〈/sub>W(Ksub>6</sub>復(fù)合光催化材料

對(duì)RhB的降解率仍保持在80%以上，說(shuō)明該復(fù)合光催化材料具有良

好的光催化穩(wěn)定性。

!［圖8BiV0₄/Bi₂W0<sub>6〈/sub>復(fù)合光催

化材料的光催化穩(wěn)定性曲線(xiàn)］(https：//img-

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第三部分結(jié)果與討論

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

光催化材料的制備方法

1.溶膠-凝膠法：通過(guò)溶膠-凝膠過(guò)程，將前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為凝

膠，再經(jīng)過(guò)干燥和炊燒處理，得到光催化材料。該方法具有

制備過(guò)程簡(jiǎn)單、反應(yīng)條色溫和、產(chǎn)物純度高等優(yōu)點(diǎn)。

2.水熱法：在高溫高壓下，將反應(yīng)物溶解在水中，經(jīng)過(guò)化

學(xué)反應(yīng)和晶體結(jié)晶沉淀，生成光催化材料。該方法具有產(chǎn)物

結(jié)晶度高、粒徑均勻、形貌可控等優(yōu)點(diǎn)。

3.化學(xué)氣相沉積法：通過(guò)化學(xué)反應(yīng)和氣相傳輸，在加熱的

襯底上沉積出光催化材.料。該方法具有制備過(guò)程簡(jiǎn)單、產(chǎn)物

純度高、薄膜質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。

4.電化學(xué)沉積法：通過(guò)電流作用，在電極表面上沉積出光

催化材料。該方法具有戰(zhàn)備過(guò)程簡(jiǎn)單、產(chǎn)物純度高、可控制

薄膜厚度等優(yōu)點(diǎn)。

5.濺射法：通過(guò)高能粒子轟擊靶材，使靶材表面的原子或

分子濺射出來(lái)，在襯底上沉積出光催化材料。該方法具有制

備過(guò)程簡(jiǎn)單、產(chǎn)物純度高、可控制薄膜厚度和成分等優(yōu)點(diǎn)。

6.燃燒法：將反應(yīng)物在高溫下燃燒，產(chǎn)生的高溫氣體在襯

底上沉積出光催化材料。該方法具有制備過(guò)程簡(jiǎn)單、反應(yīng)速

度快、產(chǎn)物純度高等優(yōu)點(diǎn)。

光催化材料的性能表征

1.晶體結(jié)構(gòu)：通過(guò)X射線(xiàn)衍射（XRD）分析，確定光催化

材料的晶體結(jié)構(gòu)和晶相組成。

2.形貌：通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡

（TEM）觀(guān)察，確定光催化材料的形貌和粒徑分布。

3.光學(xué)性能：通過(guò)紫外-可見(jiàn)吸收光譜（UV-vis）分析，確

定光催化材料的吸收光諳和帶隙結(jié)構(gòu)。

4.表面性質(zhì)：通過(guò)BET比表面積分析和X射線(xiàn)光電子能

譜（XPS）分析，確定光催化材料的比表面積和表面化學(xué)狀

態(tài)。

5.光催化活性：通過(guò)降解有機(jī)污染物或光解水制氫等實(shí)驗(yàn)，

評(píng)價(jià)光催化材料的光催化活性和穩(wěn)定性。

6.量子效率：通過(guò)測(cè)定光催化反應(yīng)中產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)數(shù)

量，計(jì)算光催化材料的量子效率。

光催化材料的應(yīng)用前景

1.環(huán)境污染治理：利用光催化材料的光催化活性，將有機(jī)

污染物分解為無(wú)害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境污染治理。

2.能源轉(zhuǎn)化：利用光催化材料的光催化活性，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)

化為化學(xué)能，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化。

3.抗菌消毒：利用光催化材料的光催化活性，殺死細(xì)菌和

病毒，實(shí)現(xiàn)抗菌消毒。

4.自清潔材料：利用光催化材料的光催化活性，使表面的

污垢分解為無(wú)害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)自清潔功能。

5.傳感器：利用光催化對(duì)料的光學(xué)性能，制備傳感器，實(shí)

現(xiàn)對(duì)環(huán)境中有害物質(zhì)的檢測(cè)。

6.其他應(yīng)用：光催化材料還可以應(yīng)用于化妝品、食品包裝

等領(lǐng)域。

光催化材料的研究熱點(diǎn)

1.新型光催化材料的開(kāi)發(fā)：尋找具有更高光催化活性和穩(wěn)

定性的新型光催化材料，如金屬有機(jī)框架（MOFs）、共價(jià)有

機(jī)框架（COFs）等。

2.光催化反應(yīng)機(jī)理的研究：深入研究光催化反應(yīng)的機(jī)理，

探索光生電子和空穴的轉(zhuǎn)移和復(fù)合過(guò)程，為提高光催化效

率提供理論指導(dǎo)。

3.可見(jiàn)光響應(yīng)的光傕化對(duì)料的研究：開(kāi)發(fā)能夠在可見(jiàn)光下

響應(yīng)的光催化材料，提高太陽(yáng)能的利用率。

4.光催化材料的表面修飾：通過(guò)表面修飾，提高光催化材

料的穩(wěn)定性和選擇性。

5.光催化材料的復(fù)合：將光催化材料與其他材料復(fù)合，制

備出具有更高性能的復(fù)合材料。

6.光催化技術(shù)的應(yīng)用研究：將光傕化技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際環(huán)境

和能源領(lǐng)域，探索其在大規(guī)模應(yīng)用中的可行性和經(jīng)濟(jì)性。

光催化材料的發(fā)展趨勢(shì)

1.高效化：提高光催化對(duì)料的光催化效率，降低成本，實(shí)

現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

2.可見(jiàn)光響應(yīng)：開(kāi)發(fā)能夠在可見(jiàn)光下響應(yīng)的光催化材料，

提高太陽(yáng)能的利用率。

3.穩(wěn)定性：提高光催化回料的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命，降

低維護(hù)成本。

4.多功能化：將光催化對(duì)料與其他功能材料復(fù)合，制備出

具有多種功能的復(fù)合材料。

5.綠色化：采用綠色環(huán)俁的制備方法，減少對(duì)環(huán)境的污染。

6.產(chǎn)業(yè)化：加強(qiáng)光催化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究，推動(dòng)光催

化材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

光催化材料的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

1.挑戰(zhàn)：

-光催化效率有待提高：目前光催化材料的光催化效率

仍然較低，限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的推廣。

-穩(wěn)定性問(wèn)題：光催化材料在實(shí)際應(yīng)用中容易受到環(huán)境

因素的影響，導(dǎo)致其穩(wěn)定性下降。

-成本問(wèn)題：光催化材料的制備成本較高，限制了其大

規(guī)模應(yīng)用。

2.機(jī)遇：

-技術(shù)進(jìn)步：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，光催化材料的

制備技術(shù)和性能將不斷提高。

-市場(chǎng)需求：環(huán)境污染和能源短缺等問(wèn)題日益嚴(yán)重，對(duì)

光催化材料的市場(chǎng)需求將不斷增加。

-政策支持：政府對(duì)環(huán)境保護(hù)和新能源開(kāi)發(fā)的重視，將

為光催化材料的發(fā)展提供政策支持。

以下是文章《光催化材料制備》中介紹“結(jié)果與討論”的內(nèi)容:

通過(guò)X射線(xiàn)衍射(XRD)分析了所制備的光催化材料的晶體結(jié)構(gòu)。圖

1顯示了XRD圖譜，其中觀(guān)察到了對(duì)應(yīng)于銳鈦礦相Ti02的特征衍

射峰(JCPDSNo.21-1272)o此外，沒(méi)有檢測(cè)到其他雜質(zhì)峰，表明所

制備的材料具有高純度。

采用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)光催化材粕的形貌進(jìn)行了表征。圖2

展示了SEM圖像，從圖中可以看出，所制備的材料呈現(xiàn)出均勻的納

米顆粒形態(tài)，顆粒尺寸約為20-30nmo這種納米結(jié)構(gòu)有助于增加材料

的比表面積，從而提高光催化反應(yīng)的效率。

通過(guò)紫外-可見(jiàn)漫反射光譜(UV-visDRS)研究了光催化材料的光學(xué)

性質(zhì)。圖3顯示了UV-visDRS光譜，從圖中可以看出，所制備的

材料在可見(jiàn)光區(qū)域具有良好的吸收性能。這一特性使得材料能夠利用

可見(jiàn)光進(jìn)行光催化反應(yīng)，拓寬了其應(yīng)用范圍。

進(jìn)一步通過(guò)光致發(fā)光光譜(PL)分析了光催化材料的電子-空穴復(fù)合

情況。圖4展示了PL光譜，從圖中可以看出，所制備的材料具有

較低的熒光強(qiáng)度，表明其具有較低的電子-空穴復(fù)合率。這一特性有

助于提高光催化材料的量子效率，從而增強(qiáng)其光催化活性。

為了評(píng)估光催化材料的性能，進(jìn)行了光催化降解實(shí)驗(yàn)。選擇甲基橙（M0）

作為目標(biāo)污染物，在可見(jiàn)光照射下，考察了材料對(duì)M0的降解效果。

圖5顯示了光催化降解實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，從圖中可以看出，所制備的材

料在可見(jiàn)光照射下表現(xiàn)出顯著的光催化降解活性。在反應(yīng)進(jìn)行60分

鐘后，MO的降解率達(dá)到了95%以上。

通過(guò)自由基捕獲實(shí)驗(yàn)研究了光催化反應(yīng)的機(jī)理。分別使用草酸錠（AO）、

異丙醇（IPA）和對(duì)苯醍（BQ）作為超氧自由基（-02-）、羥基自由基

（-OH）和空穴（h+）的捕獲劑。圖6展示了自由基捕獲實(shí)驗(yàn)的結(jié)

果，從圖中可以看出，?02-和?OH是光催化反應(yīng)中的主要活性物種，

而h+的貢獻(xiàn)相對(duì)較小。

此外，還進(jìn)行了循環(huán)實(shí)驗(yàn)以評(píng)估光催化材料的穩(wěn)定性。圖7顯示了

循環(huán)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)連續(xù)五次循環(huán)后，材料的光

催化活性沒(méi)有明顯下降，表明其具有良好的穩(wěn)定性。

綜上所述，通過(guò)水熱法成功制備了具有高純度和良好可見(jiàn)光響應(yīng)的銳

鈦礦相Ti02納米顆粒。所制備的材料具有均勻的納米結(jié)構(gòu)、較大的

比表面積和良好的光學(xué)性質(zhì)。在可見(jiàn)光照射下，該材料表現(xiàn)出顯著的

光催化降解活性，對(duì)甲基橙的降解率達(dá)到了95%以上。自由基捕獲實(shí)

驗(yàn)結(jié)果表明，?02-和?0H是光催化反應(yīng)中的主要活性物種。循環(huán)實(shí)

驗(yàn)結(jié)果表明，該材料具有良好的穩(wěn)定性。這些結(jié)果表明，所制備的光

催化材料在環(huán)境凈化和能源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

第四部分結(jié)論

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

光催化材料的制備方法

1.溶膠-凝膠法：通過(guò)將金屬醇鹽或無(wú)機(jī)鹽在有機(jī)溶劑中水

解、縮合，形成溶膠，再經(jīng)凝膠化、干燥、培燒等過(guò)程，制

備出光催化材料。

2.水熱法：在高溫高壓下，將反應(yīng)物溶液置于密閉的反應(yīng)

釜中，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)和晶體結(jié)晶沉淀的過(guò)程，在溶液或溶膠

中生成具有特定形狀和尺寸的晶體。

3.化學(xué)氣相沉積法：利用揮發(fā)性金屬化合物的蒸氣，在加

熱的基體表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而在基體表面上沉積出

所需的固體薄膜或涂層。

4.物理氣相沉積法：在真空條件下，采用物理方法將材料

源表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過(guò)低

壓氣體（或等離子體）過(guò)程，在基體表面沉積具有某種特殊

功能的薄膜的技術(shù)。

5.電化學(xué)沉積法：在外加電場(chǎng)的作用下，將電解質(zhì)溶液中

的金屬離子還原為金屬單質(zhì)，并在電極表面沉積形成金屬

薄膜的方法。

6.模板法：利用具有特定結(jié)構(gòu)和形貌的模板，通過(guò)物理或

化學(xué)方法，將材料沉積或生長(zhǎng)在模板的表面或內(nèi)部，從而制

備出具有特定結(jié)構(gòu)和形貌的材料。

光催化材料的應(yīng)用

i.環(huán)境污染治理：光催化材料可以用于降解有機(jī)污染物、

去除重金屬離子、凈化空氣等，對(duì)環(huán)境污染治理具有重要意

義。

2.能源轉(zhuǎn)化：光催化材料可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，如

光解水制氫、光催化二氧化碳還原等，為解決能源危機(jī)提供

了新的途徑。

3.抗菌消毒：光催化材料可以殺死細(xì)菌、病毒等微生物，

具有良好的抗菌消毒效果,可用于醫(yī)療、衛(wèi)生等領(lǐng)域。

4.自清潔材料：光催化材料可以使表面具有超親水性或超

疏水性，從而實(shí)現(xiàn)自清潔功能，可用于建筑、汽車(chē)等領(lǐng)域。

5.傳感器：光催化材料可以作為傳感器的敏感材料，用于

檢測(cè)環(huán)境中的有害物質(zhì)、氣體等，具有高靈敏度和選擇性。

6.其他應(yīng)用：光催化材料還可以用于光存儲(chǔ)、光開(kāi)關(guān)、光

催化合成等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

光催化材料的研究進(jìn)展

1.新型光催化材料的開(kāi)發(fā)：研究人員不斷探索和開(kāi)發(fā)新型

光催化材料，如金屬氧化物、硫化物、氮化物等，以提高其

光催化性能和穩(wěn)定性。

2.光催化反應(yīng)機(jī)理的研究：深入研究光催化反應(yīng)的機(jī)理，

包括光生電子?空穴對(duì)的立生、傳輸、復(fù)合等過(guò)程，為提高

光催化效率提供理論指導(dǎo)。

3.可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化材料：開(kāi)發(fā)具有可見(jiàn)光響應(yīng)的光催

化材料，是當(dāng)前光催化研究的熱點(diǎn)之一。通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行改

性，如摻雜、表面修飾等，使其能夠吸收可見(jiàn)光，提高太陽(yáng)

能的利用率。

4.光催化材料的穩(wěn)定性和壽命：提高光催化材料的穩(wěn)定性

和壽命，是實(shí)現(xiàn)其實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。研究人員通過(guò)優(yōu)化材料

的制備方法、摻雜等手段，來(lái)提高其穩(wěn)定性和壽命。

5.光催化材料的規(guī)?；苽洌簩?shí)現(xiàn)光催化材料的規(guī)?；?/p>

備，是推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。研究人員通過(guò)改進(jìn)制

備工藝、優(yōu)化設(shè)備等手段，來(lái)提高光催化材料的產(chǎn)量和質(zhì)

量。

6.光催化與其他技術(shù)的結(jié)合：光催化技術(shù)與其他技術(shù)的結(jié)

合，如與膜分離技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)等的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)更高

效的污染物去除和能源轉(zhuǎn)化。

光催化材料的發(fā)展趨勢(shì)

1.高效化：提高光催化材料的光催化效率，是未來(lái)光佳化

材料發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。通過(guò)優(yōu)化材料的結(jié)構(gòu)、組成和形

貌等，來(lái)提高其光吸收能力和電荷分離效率，從而實(shí)現(xiàn)高效

的光催化反應(yīng)。

2.多功能化：開(kāi)發(fā)具有多種功能的光催化材料，如同時(shí)具

有光催化和抗菌、自清潔等功能的材料，是未來(lái)光催化材料

發(fā)展的另一個(gè)重要趨勢(shì)。通過(guò)將不同的功能組分引入到光

催化材料中，來(lái)實(shí)現(xiàn)其多功能化。

3.智能化：利用智能材料和技術(shù)，如響應(yīng)型材料、智能控

釋系統(tǒng)等，來(lái)制備具有智能化的光催化材料，是未來(lái)光俚化

材料發(fā)展的一個(gè)新方向。通過(guò)智能材料和技術(shù)的引入，可以

實(shí)現(xiàn)光催化材料對(duì)環(huán)境的自適應(yīng)和智能響應(yīng)。

4.綠色化：發(fā)展綠色、環(huán)保的光催化材料制備方法，是未

來(lái)光催化材料發(fā)展的必然趨勢(shì)。通過(guò)采用綠色、環(huán)保的原料

和溶劑，來(lái)減少對(duì)環(huán)境的污染和危害。

5.產(chǎn)業(yè)化：推動(dòng)光催化材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，是未來(lái)光傕化

材料發(fā)展的最終目標(biāo)。通過(guò)加強(qiáng)與企業(yè)的合作，實(shí)現(xiàn)光催化

材料的規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用，為解決環(huán)境污染和能源危機(jī)等

問(wèn)題做出貢獻(xiàn)。

光催化材料面臨的挑戰(zhàn)

1.量子效率低：目前光催化材料的量子效率普遍較低，限

制了其在實(shí)際應(yīng)用中的效率和效果。

2.可見(jiàn)光利用率低：大部分光催化材料只能吸收紫外光，

而對(duì)可見(jiàn)光的利用率較低，這限制了其在太陽(yáng)能利用方面

的應(yīng)用。

3.穩(wěn)定性差：光催化材料在實(shí)際應(yīng)用中容易受到光、熱、

化學(xué)等因素的影響，導(dǎo)致其穩(wěn)定性下降，從而影響其使用壽

命和性能。

4.成本高：目前光催化材料的制備成本較高，限制了其大

規(guī)模應(yīng)用的可行性。

5.反應(yīng)機(jī)制不明確：光催化反應(yīng)的機(jī)制較為復(fù)雜，目前對(duì)

其反應(yīng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不夠深入，這限制了對(duì)光催化材料的

進(jìn)一步優(yōu)化和設(shè)計(jì)。

6.回收利用困難：光催化材料在使用后難以回收利用，這

不僅造成了資源的浪費(fèi)，也對(duì)環(huán)境造成了一定的污染。

光催化材料的制備是一項(xiàng)具有重要意義的研究領(lǐng)域，其在能源轉(zhuǎn)

換、環(huán)境凈化和有機(jī)合成等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。本文通過(guò)對(duì)光

催化材料制備方法的研究，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者提供一些有

益的參考。

在光催化材料的制備過(guò)程中，選擇合適的半導(dǎo)體材料是至關(guān)重要的。

目前，常用的半導(dǎo)體材料包括Ti02,ZnO.CdS等。這些材料具有良

好的光學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠在光照下產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，從而

實(shí)現(xiàn)光催化反應(yīng)。

除了半導(dǎo)體材料的選擇外，制備方法也是影響光催化材料性能的重要

因素。目前，常用的制備方法包括溶膠-凝膠法、水熱法、化學(xué)氣相

沉積法等。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)具體的研究需求進(jìn)行選擇。

溶膠-凝膠法是一種常用的制備光催化材料的方法。該方法通過(guò)將金

屬醇鹽或無(wú)機(jī)鹽在有機(jī)溶劑中水解和縮合，形成溶膠，然后通過(guò)蒸發(fā)

溶劑或加熱使溶膠轉(zhuǎn)化為凝膠。最后，將凝膠干燥和燃燒，得到光催

化材料。溶膠-凝膠法具有操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)物純度高等

優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，產(chǎn)物粒徑較大。

水熱法是一種在高溫高壓下進(jìn)行的制備方法。該方法通過(guò)將反應(yīng)物在

高壓釜中加熱至一定溫度，使其在水溶液中發(fā)生反應(yīng)，生成產(chǎn)物。水

熱法具有產(chǎn)物粒徑小、結(jié)晶度高、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是反

應(yīng)條件較為苛刻，需要高溫高壓設(shè)備。

化學(xué)氣相沉積法是一種通過(guò)化學(xué)反應(yīng)和晶體結(jié)晶沉淀的過(guò)程，在加熱

基體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生固態(tài)沉積物的方法。該方法具有產(chǎn)物純

度高、結(jié)晶度好、薄膜厚度可控等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是反應(yīng)設(shè)備復(fù)雜,

成本較高。

除了以上三種方法外，還有許多其他的制備方法，如濺射法、陽(yáng)極氧

化法、微乳液法等。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)具體的研究需求

進(jìn)行選擇。

在光催化材料的制備過(guò)程中，還需要注意一些其他的