水和空气，未来我们将这样净化

未来几年，随着全球变暖的脚步加剧，我们将不得不直接面对更多的自然灾害，例如极端气候变化、水和空气污染问题增加，未知传染性疾病蔓延的威胁等，这些将成为一个至关重要的社会问题。为了解决水和空气污染问题，光催化已成为一项倍受关注的重要环保科学。

众所周知，除了二氧化钛之外，三氧化钨也是近年来被研究较多的光催化剂材料之一，由于纳米技术的引入，三氧化钨的光催化性能比过往大幅提升。光催化剂是在反应之前或之后通过吸收光而不会发生改变来刺激反应的物质，光触媒吸收阳光中的能量，通过消灭细菌并提供消毒来防治感染和疾病爆发，并净化水和空气。

由于日益增长的应用，科学家预计全球光触媒市场将在未来十年内（2017-2026）以高复合年增长率增长，目前世界光催化剂研究和应用最先进的地区是日本、紧随其后的是美国和欧洲，由于庞大的工业制造体系和突出的环境保护需求，中国已成为光催化科学研究的后起之秀，是未来世界光催化剂市场的稳健增长点。并且中国的钨资源储量丰富，三氧化钨以其高效的亲和性、光吸收性能和亲民的成本价格而有望搭上这一增长快车，成为主选材料。

光触媒消耗太阳能和生物废弃物原料，具有较低的运营成本。全球光触媒市场可根据材料类型，反应和应用进行分类，但无论是钛、锌、锡或是稀土元素，它们都能与三氧化钨轻松配对复合，最终生成高性能低成本的复合光催化剂。在污水处理领域，最麻烦、最难处理和最易致病的就是印染废水，而这一方面就是钨基复合光催化剂的专长，这是由于纳米氧化钨具有较低的带隙和较大的比表面积，光吸收能力最强，与其它材料复合后能达到事半功倍的效果。

随着时间的推移，不断有科学家验证了上述理论。最近，美国一所大学的科学家在自然科学杂志《科学报道》上发表了他们的新成果，一种新型复合材料，该材料有望成为降解对环境有害的合成染料污染物的催化剂，每年将至少净化近30万吨工业产出的废水。

这种新型的无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，并使用可见光将染料分解率比传统二氧化钛提高近十倍。

他们的发现是：通过在密封容器内的高压下加热反应混合物，通过在氮化钽微粒表面上生长三氧化钨的超薄“纳米线”来合成复合材料。由于两种材料组分的尺寸令人难以置信，氮化钽和氧化钨的直径一般都小于400亿分之一米，所以复合材料为染料捕获提供了巨大的比表面积，然后材料继续使用阳光提供的能量将染料分解成更小，无害的分子，称为“光催化降解”。除去有害染料后，催化剂可以简单地从清洁的水中过滤出来并重新使用。

令人兴奋的新材料能在太阳能下轻易地从水中去除人造染料污染物，在白光照射下，对罗丹明B染料进行测试，复合物的光催化降解效率达到了93.6%，非常给力。

研究人员认为，虽然染料的光催化降解已经进行了数十年的研究，但是研究人员最近才开发出能够吸收太阳光谱可见光部分的材料，其他材料如二氧化钛也能够分解染料太阳能，但其效率是有限的，因为他们只吸收更高的能量的紫外线，或者也可以这么说，二氧化钛的带隙太宽，只有5%的光能激活二氧化钛进行工作。

研究人员所说的材料就是钽和钨。这是近年来炙手可热的光催化明星。氧化钨由于其高导电性，化学稳定性和表面活性以及强吸光性，被认为是用于一系列光催化应用的最有前景的材料之一。作为低带隙半导体，氮化钽由于其几乎吸收可见光的整个光谱的能力而呈红色，因此从太阳光中提取大量的能量来驱动降解过程。

然而，这两种材料的真正潜力只有在它们合并成一个复合材料后才能实现。由于两种材料之间的电子交换，研究中使用的测试染料被复合材料完美分解，其最终效能大约是氮化钽自身的两倍，与其他主要的光催化材料（其中许多对人类和水生生物都有毒性）相反，钨钽复合材料被归类为无害材料。

负责这项研究的科学家们认为，他们目前的研究只是发现了材料的潜力，现在他们已经展示出复合材料的功能了，而下一个目标不仅是进一步改进材料，还要开始扩大其实际应用范围，探索其他领域的可行性，比如光催化分解水产生氢气，用于生产清洁氢燃料的太阳能材料。（中钨在线：伟平）

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