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日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題深刻影響著人類的生存和健康，探究價(jià)廉、反應(yīng)條件溫和且高效的污染物降解技術(shù)成為了目前研究的熱點(diǎn)。多相光催化技術(shù)作為一種直接利用太陽光降解多種污染物的先進(jìn)氧化工藝在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的研究中已成為一個(gè)具有重要研究意義的課題。然而，由于環(huán)境中污染物逐漸呈現(xiàn)多樣化和復(fù)雜化，多相光催化技術(shù)在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用中面臨著眾多挑戰(zhàn)，亟需進(jìn)一步開發(fā)高效的半導(dǎo)體光催化材料和修飾策略，以及結(jié)合先進(jìn)的表征技術(shù)和理論計(jì)算等方法探究反應(yīng)機(jī)理，從而進(jìn)一步提高污染物的光催化降解活性，實(shí)現(xiàn)多相光催化技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用。
（1）本文將多相光催化技術(shù)在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的基本原理、半導(dǎo)體材料及修飾策略進(jìn)行了系統(tǒng)的討論。本文將其基本原理分為五個(gè)過程，并著重討論了光催化反應(yīng)體系中環(huán)境系統(tǒng)、活性氧物種、維度結(jié)構(gòu)、界面效應(yīng)，載流子傳輸機(jī)制，能帶結(jié)構(gòu)，熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過程等因素對反應(yīng)體系的影響。
（2）在多相光催化技術(shù)在環(huán)境修復(fù)中面臨的挑戰(zhàn)討論中，梳理了應(yīng)用于環(huán)境修復(fù)中的半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體修飾策略的最新研究進(jìn)展。并重點(diǎn)介紹了各種半導(dǎo)體修飾策略：異質(zhì)結(jié)系統(tǒng)、缺陷工程、助催化體系、元素摻雜、活性氧物種體系以及金屬磷化。此外，詳細(xì)闡述了各種異質(zhì)結(jié)體系在電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理方面差異、優(yōu)勢和未來的發(fā)展方向。
（3）最后，總結(jié)了多相光催化技術(shù)在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)展，并對多相光催化在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的未來發(fā)展方向進(jìn)行了展望：開發(fā)性能優(yōu)異的半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體修飾策略，結(jié)合半導(dǎo)體材料的光電性能、光催化活性以及先進(jìn)的表征手段和理論計(jì)算等，為理解、研究和設(shè)計(jì)各種環(huán)境污染物的光催化修復(fù)體系提供參考，并最終實(shí)現(xiàn)多相光催化環(huán)境修復(fù)的規(guī)模化應(yīng)用。
圖1. 自2001年以“光催化”和“降解”為兩個(gè)主題關(guān)鍵詞檢索的關(guān)于光催化降解各種污染物的期刊論文數(shù)量（a）；自2001年以“光催化”和不同潛在“污染物”為主題關(guān)鍵詞檢索的期刊論文數(shù)量 （b）。（論文中出現(xiàn)的Figure 1）
要點(diǎn)1：
近年來，隨著多相光催化技術(shù)的進(jìn)一步完善和發(fā)展，在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的研究逐年增加。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，環(huán)境污染物種類也逐漸趨于多樣和復(fù)雜化，將各類污染物通過多相光催化技術(shù)降解為低污染或者無污染的小分子是眾多研究者追求的目標(biāo)，也成為了目前研究的熱點(diǎn)。
圖2. 一些典型的環(huán)境污染物（a）；環(huán)境污染物在單一半導(dǎo)體光催化劑上的光催化降解示意圖(b)。（論文中出現(xiàn)的Figure 2）
要點(diǎn)2：
本文將各類污染物分為四類：（1）水體中的污染物；（2）固態(tài)污染物；（3）氣態(tài)污染物；（4）病原微生物。多相光催化降解污染物的過程中，其基本原理通常包括五個(gè)步驟：（1）污染物的吸附；（2）一定能量的太陽光照射在光催化劑表面并成功激發(fā)光生電子和空穴對；（3）一部分光生電子空穴對在光催化劑內(nèi)部或表面發(fā)生復(fù)合，另一部分光生電子空穴對遷移至半導(dǎo)體表面；（4）污染物的在活性氧物種作用下發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，并最終降解為小分子化合物；（5）小分子化合物脫附后，光催化降解反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。
圖3. LDHs的2D（a）和3D（b）晶體結(jié)構(gòu)示意圖；基于LDH的光催化降解污染物的示意圖（c）。（論文中出現(xiàn)的Figure 25）
要點(diǎn)3：
二維層狀雙金屬氫氧化物（LDHs）及其衍生物已廣泛應(yīng)用于多相光催化降解環(huán)境污染物。LDHs通常由兩個(gè)或兩個(gè)以上二價(jià)(如Zn2+、Cu2+、Ni2+、Co2+、Mg2+)或三價(jià)金屬(包括Al3+、Ga3+、Cr3+、Fe3+)氫氧化物組成，通過調(diào)整不同的金屬材料組合可以使LDHs具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和電子性能。此外，盡管可以根據(jù)應(yīng)用需要對金屬陽離子進(jìn)行修飾，但由于層間的陰離子保持了電荷中性，所以LDHs的骨架基本不變，保持了良好的穩(wěn)定性。此外，基于LDH的材料具有表面積大、能帶結(jié)構(gòu)可調(diào)、光吸收范圍寬等特點(diǎn)，為光催化降解環(huán)境污染物的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和機(jī)理研究提供了新的途徑。
圖4. 傳統(tǒng)異質(zhì)結(jié)光催化劑中電子-空穴對的三種分離和轉(zhuǎn)移機(jī)制示意圖。（a）p-n異質(zhì)結(jié)；（b）表面異質(zhì)結(jié)；（c）S型異質(zhì)結(jié)。（論文中出現(xiàn)的Figure 27）
要點(diǎn)4：
從熱力學(xué)角度看，光催化劑的CB和VB與反應(yīng)電勢的差異是光催化反應(yīng)的一個(gè)特定的動(dòng)力來源。然而，單一光催化劑應(yīng)具有更負(fù)的CB和更正的VB，才可表現(xiàn)出較強(qiáng)的氧化還原能力。相反，為了更高的太陽能收集效率，需要更正的CB和更負(fù)的VB位置。考慮到這一矛盾，設(shè)計(jì)合理的異質(zhì)結(jié)系統(tǒng)是有效分離光催化劑中電子空穴對的有效策略之一。異質(zhì)結(jié)系統(tǒng)主要有：p-n異質(zhì)結(jié)、表面異質(zhì)結(jié)以及最新提出的S型異質(zhì)結(jié)等。
圖5. 不同復(fù)合材料降解CR的光催化活性曲線圖（a）；SCNT6樣品在不同犧牲劑條件下， CR降解的自由基捕獲試驗(yàn)（b）；TiO2（c）和SCN （d）的（101）面的靜電勢；S型異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料SCN/TiO2光降解CR的機(jī)理示意圖（e）。（論文中出現(xiàn)的Figure 33）
要點(diǎn)5：
具有代表性的光催化劑根據(jù)其能帶結(jié)構(gòu)可分為兩類:氧化型光催化劑（OP）和還原型光催化劑（RP）。S方案異質(zhì)結(jié)由RP和OP組成，在RP的CB上的e-和OP的VB上h+被保留下來，從而保留了較強(qiáng)的氧化還原電位，此外，在內(nèi)建電場，能帶彎曲和靜電相互作用等三個(gè)因素的協(xié)同作用下，實(shí)現(xiàn)了光生電子空穴的空間分離，從而大大提高光催化效率。如Wang等人利用S摻雜g-C3N4與TiO2構(gòu)建了一種S型異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料，與純TiO2和SCN相比，SCN/TiO2復(fù)合材料對CR的光催化降解活性明顯增強(qiáng)。
圖6. 元素周期表中用于合成金屬磷化物的金屬和非金屬元素（a）；NP、NCL和NPLDH的紫外可見光譜（b）；TPR（c）和光催化TC降解活性（d）;可見光條件下TC在NPLDH上的光催化降解機(jī)理圖（e）。（論文中出現(xiàn)的Figure 38）
要點(diǎn)6：
金屬磷化技術(shù)在超級(jí)電容器、光催化析氫、催化轉(zhuǎn)化和環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。常用的磷化金屬主要有Fe、Co、Ni、Mo等過渡金屬，為了提高電荷分離效率，周期表IIIA中具有獨(dú)特物理化學(xué)性質(zhì)的金屬Ga和金屬In通常被用作助催化金屬。值得注意的是，P可以與金屬偶聯(lián)形成金屬- P鍵，從而提高光催化劑的捕光能力和電子的傳輸能力。
