元素百科为您介绍新的光催化还原水净化材料可以去除致癌离子。近日，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齐及其研究团队开发了一种高效的光催化还原水净化材料，可有效去除饮用水中常见的致癌阴离子溴酸根，无需添加空穴牺牲剂。
光催化材料设计的应用
为了提高光催化还原反应的效率，通常需要在反应系统中添加空穴牺牲剂来消耗光生空穴，以避免光生空穴对还原反应的影响。但这种方法增加了处理成本，容易造成水的二次污染，不适合饮用水处理。
贵金属/过渡金属功能函数高，与光催化材料结合形成异质结，可捕获光生电子，增强光生电子与空穴的分离，提高光催化反应效率，广泛应用于高效光催化材料的设计中。然而，这种光催化材料的设计并不能有效地消耗具有强氧化性的光生空穴，实现有效的光催化还原反应仍然取决于在反应系统中添加空穴牺牲剂。在光催化还原材料的设计中，如果光生电子与空穴的分离可以通过空穴捕获和消耗来增强，可以在提高光催化还原反应效率的同时避免在反应系统中添加空穴牺牲剂，从而解决上述问题。
光催化材料在饮用水处理中的应用
经过理论分析和材料筛选，团队选择半金属Bi与金红石TiO2结合形成异质结。Bi作为一种半金属，具有特殊的物理性质。与贵金属或过渡金属相比，Bi的功能函数较低，约为4.22 eV，接近金红石TiO2；当块体Bi与金红石TiO2结合形成异质结时，TiO2产生的光生电子仍然可以被块体Bi捕获。随着其尺寸降低到纳米尺寸，半金属Bi从金属转变为半导体，随着纳米Bi的转变，导带位置上升，价带位置下降。此时，半导体纳米Bi的导带高于金红石TiO2。光下产生的强还原光生电子不会转移到纳米Bi，而是留在金红石TiO2上；光生洞可以转移到纳米Bi，氧化到Bi3 因此被消耗掉。该材料系统不仅可以提高光催化还原反应效率，而且可以避免在反应系统中添加空穴牺牲剂，非常适合饮用水处理中光催化还原技术的应用。
