水和空氣，未來我們將這樣淨化

未來幾年，隨著全球變暖的腳步加劇，我們將不得不直接面對更多的自然災害，例如極端氣候變化、水和空氣污染問題增加，未知傳染性疾病蔓延的威脅等，這些將成為一個至關重要的社會問題。為了解決水和空氣污染問題，光催化已成為一項倍受關注的重要環保科學。

眾所周知，除了二氧化鈦之外，三氧化鎢也是近年來被研究較多的光催化劑材料之一，由於納米技術的引入，三氧化鎢的光催化性能比過往大幅提升。光催化劑是在反應之前或之後通過吸收光而不會發生改變來刺激反應的物質，光觸媒吸收陽光中的能量，通過消滅細菌並提供消毒來防治感染和疾病爆發，並淨化水和空氣。

由於日益增長的應用，科學家預計全球光觸媒市場將在未來十年內（2017-2026）以高複合年增長率增長，目前世界光催化劑研究和應用最先進的地區是日本、緊隨其後的是美國和歐洲，由於龐大的工業製造體系和突出的環境保護需求，中國已成為光催化科學研究的後起之秀，是未來世界光催化劑市場的穩健增長點。並且中國的鎢資源儲量豐富，三氧化鎢以其高效的親和性、光吸收性能和親民的成本價格而有望搭上這一增長快車，成為主選材料。

光觸媒消耗太陽能和生物廢棄物原料，具有較低的運營成本。全球光觸媒市場可根據材料類型，反應和應用進行分類，但無論是鈦、鋅、錫或是稀土元素，它們都能與三氧化鎢輕鬆配對複合，最終生成高性能低成本的複合光催化劑。在汙水處理領域，最麻煩、最難處理和最易致病的就是印染廢水，而這一方面就是鎢基複合光催化劑的專長，這是由於納米氧化鎢具有較低的帶隙和較大的比表面積，光吸收能力最強，與其它材料複合後能達到事半功倍的效果。

隨著時間的推移，不斷有科學家驗證了上述理論。最近，美國一所大學的科學家在自然科學雜誌《科學報導》上發表了他們的新成果，一種新型複合材料，該材料有望成為降解對環境有害的合成染料污染物的催化劑，每年將至少淨化近30萬噸工業產出的廢水。

這種新型的無害光催化材料有效地去除了水中的染料污染物，它能吸收90％以上的染料毒素，並使用可見光將染料分解率比傳統二氧化鈦提高近十倍。

他們的發現是：通過在密封容器內的高壓下加熱反應混合物，通過在氮化鉭微粒表面上生長三氧化鎢的超薄“納米線”來合成複合材料。由於兩種材料組分的尺寸令人難以置信，氮化鉭和氧化鎢的直徑一般都小於400億分之一米，所以複合材料為染料捕獲提供了巨大的比表面積，然後材料繼續使用陽光提供的能量將染料分解成更小，無害的分子，稱為“光催化降解”。除去有害染料後，催化劑可以簡單地從清潔的水中過濾出來並重新使用。

令人興奮的新材料能在太陽能下輕易地從水中去除人造染料污染物，在白光照射下，對羅丹明B染料進行測試，複合物的光催化降解效率達到了93.6%，非常給力。

研究人員認為，雖然染料的光催化降解已經進行了數十年的研究，但是研究人員最近才開發出能夠吸收太陽光譜可見光部分的材料，其他材料如二氧化鈦也能夠分解染料太陽能，但其效率是有限的，因為他們只吸收更高的能量的紫外線，或者也可以這麼說，二氧化鈦的帶隙太寬，只有5%的光能啟動二氧化鈦進行工作。

研究人員所說的材料就是鉭和鎢。這是近年來炙手可熱的光催化明星。氧化鎢由於其高導電性，化學穩定性和表面活性以及強吸光性，被認為是用於一系列光催化應用的最有前景的材料之一。作為低帶隙半導體，氮化鉭由於其幾乎吸收可見光的整個光譜的能力而呈紅色，因此從太陽光中提取大量的能量來驅動降解過程。

然而，這兩種材料的真正潛力只有在它們合併成一個複合材料後才能實現。由於兩種材料之間的電子交換，研究中使用的測試染料被複合材料完美分解，其最終效能大約是氮化鉭自身的兩倍，與其他主要的光催化材料（其中許多對人類和水生生物都有毒性）相反，鎢鉭複合材料被歸類為無害材料。

負責這項研究的科學家們認為，他們目前的研究只是發現了材料的潛力，現在他們已經展示出複合材料的功能了，而下一個目標不僅是進一步改進材料，還要開始擴大其實際應用範圍，探索其他領域的可行性，比如光催化分解水產生氫氣，用於生產清潔氫燃料的太陽能材料。

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