綠色溶劑介導(dǎo)下光催化材料的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)合成及性能解析

一、引言1.1研究背景與意義隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加速，環(huán)境污染和能源短缺問題日益嚴(yán)峻，成為制約人類可持續(xù)發(fā)展的兩大瓶頸。在這樣的背景下，光催化技術(shù)作為一種綠色、高效的環(huán)境治理和能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，受到了廣泛的關(guān)注和研究。光催化技術(shù)利用光催化劑在光照條件下產(chǎn)生的光生載流子（電子-空穴對(duì)），引發(fā)一系列氧化還原反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的降解、水的分解制氫以及二氧化碳的還原等功能。自1972年Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)TiO?電極上的光催化分解水現(xiàn)象以來，光催化技術(shù)在能源和環(huán)境領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。在環(huán)境治理方面，光催化技術(shù)能夠有效降解空氣中的有害氣體（如甲醛、苯等揮發(fā)性有機(jī)物）以及水中的有機(jī)污染物（如染料、農(nóng)藥、抗生素等），將其轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳和水，從而凈化空氣和水體。在能源領(lǐng)域，光催化分解水制氫為解決能源危機(jī)提供了一條極具前景的途徑，通過利用太陽能將水分解為氫氣和氧氣，氫氣作為一種清潔能源，燃燒產(chǎn)物僅為水，不會(huì)產(chǎn)生任何污染物，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。此外，光催化二氧化碳還原可以將溫室氣體二氧化碳轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的碳?xì)淙剂?，如甲烷、甲醇等，不僅有助于緩解溫室效應(yīng)，還能實(shí)現(xiàn)碳資源的循環(huán)利用。然而，目前光催化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，其中光催化劑的性能和制備方法是關(guān)鍵問題之一。傳統(tǒng)的光催化劑存在光生載流子復(fù)合率高、光譜響應(yīng)范圍窄、催化活性低等缺點(diǎn)，限制了其光催化效率和應(yīng)用范圍。同時(shí)，在光催化劑的制備過程中，常使用大量的有機(jī)溶劑，這些有機(jī)溶劑大多具有揮發(fā)性、毒性和易燃性，不僅對(duì)環(huán)境造成污染，還存在安全隱患。此外，有機(jī)溶劑的使用還增加了生產(chǎn)成本，不利于光催化材料的大規(guī)模制備和工業(yè)化應(yīng)用。綠色化學(xué)的理念旨在從源頭上減少或消除化學(xué)過程對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)化學(xué)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。綠色溶劑作為綠色化學(xué)的重要組成部分，具有無毒、無害、可生物降解、低揮發(fā)性等優(yōu)點(diǎn)，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。在光催化材料的制備中引入綠色溶劑，不僅可以避免傳統(tǒng)有機(jī)溶劑帶來的環(huán)境和安全問題，還能為光催化材料的設(shè)計(jì)合成提供新的思路和方法，有望改善光催化劑的性能，提高光催化效率。例如，水作為一種最常見的綠色溶劑，具有來源廣泛、價(jià)格低廉、無毒無害等優(yōu)點(diǎn)。以水為溶劑進(jìn)行光催化材料的合成，可以簡化合成工藝，減少對(duì)環(huán)境的污染。離子液體是一類新型的綠色溶劑，具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如可忽略的蒸氣壓、良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、對(duì)多種物質(zhì)具有良好的溶解性等。在光催化材料的制備中使用離子液體，可以通過調(diào)控離子液體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光催化劑形貌、結(jié)構(gòu)和性能的精確控制，從而提高光催化劑的活性和選擇性。綜上所述，開展綠色溶劑中光催化材料的設(shè)計(jì)合成及其性能研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。一方面，通過在綠色溶劑中設(shè)計(jì)合成新型光催化材料，有望突破傳統(tǒng)光催化劑的性能瓶頸，提高光催化效率，推動(dòng)光催化技術(shù)在環(huán)境治理和能源領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用；另一方面，該研究符合綠色化學(xué)和可持續(xù)發(fā)展的理念，為光催化材料的制備提供了一種綠色、環(huán)保的新方法，有助于減少化學(xué)過程對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，促進(jìn)化學(xué)工業(yè)與環(huán)境的和諧發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在光催化材料的研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者圍繞綠色溶劑展開了多方面的探索，在設(shè)計(jì)合成方法以及性能研究上取得了一定成果。在國外，綠色溶劑中光催化材料的研究起步較早。以水作為綠色溶劑的研究中，[具體文獻(xiàn)1]通過水熱法制備了TiO?光催化材料，利用水的獨(dú)特性質(zhì)，在相對(duì)溫和的條件下實(shí)現(xiàn)了對(duì)TiO?晶體結(jié)構(gòu)和形貌的調(diào)控，所得TiO?在光催化降解有機(jī)污染物方面展現(xiàn)出良好的活性。該研究為水熱法制備光催化材料提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。在離子液體應(yīng)用方面，[具體文獻(xiàn)2]研究了離子液體輔助合成的ZnO光催化劑，發(fā)現(xiàn)離子液體的存在能夠有效抑制ZnO顆粒的團(tuán)聚，增大其比表面積，進(jìn)而提高光催化活性。離子液體的可設(shè)計(jì)性使得其在光催化材料合成中具有獨(dú)特的優(yōu)勢，能夠通過改變離子液體的結(jié)構(gòu)和組成來調(diào)控光催化劑的性能。此外，[具體文獻(xiàn)3]將超臨界二氧化碳作為綠色溶劑用于光催化材料的合成，超臨界二氧化碳具有良好的擴(kuò)散性和溶解性，能夠快速傳遞反應(yīng)物和產(chǎn)物，促進(jìn)光催化反應(yīng)的進(jìn)行，并且可以通過調(diào)節(jié)壓力和溫度等條件來精確控制光催化劑的粒徑和形貌，為光催化材料的合成提供了新的思路和方法。國內(nèi)對(duì)于綠色溶劑中光催化材料的研究也十分活躍。在水熱合成方面，[具體文獻(xiàn)4]以水為溶劑，成功合成了Bi?WO?光催化材料，并通過對(duì)反應(yīng)條件的優(yōu)化，如反應(yīng)溫度、時(shí)間以及反應(yīng)物濃度等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Bi?WO?晶體結(jié)構(gòu)和形貌的精細(xì)調(diào)控，顯著提高了其光催化活性。在可見光照射下，該材料對(duì)多種有機(jī)污染物具有高效的降解能力，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。在離子液體相關(guān)研究中，[具體文獻(xiàn)5]制備了離子液體修飾的g-C?N?光催化劑，通過離子液體與g-C?N?之間的相互作用，有效改善了光生載流子的分離和傳輸效率，從而提高了光催化性能。此外，[具體文獻(xiàn)6]研究了以低共熔溶劑為綠色溶劑合成光催化材料的方法，低共熔溶劑具有制備簡單、成本低、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)，通過這種方法合成的光催化材料在光催化制氫和降解污染物等方面表現(xiàn)出獨(dú)特的性能。盡管國內(nèi)外在綠色溶劑中光催化材料的設(shè)計(jì)合成及性能研究方面取得了諸多進(jìn)展，但仍存在一些問題有待解決。一方面，綠色溶劑與光催化材料之間的相互作用機(jī)制尚未完全明確，這限制了對(duì)光催化材料性能的進(jìn)一步優(yōu)化。例如，離子液體中陰陽離子的種類和結(jié)構(gòu)如何影響光催化劑的電子結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，目前還缺乏深入的研究。另一方面，部分綠色溶劑的成本較高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。如某些特殊結(jié)構(gòu)的離子液體，其合成過程復(fù)雜，成本昂貴，難以在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用。此外，綠色溶劑中合成的光催化材料在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和耐久性研究還不夠充分，如何提高光催化材料在復(fù)雜環(huán)境下的長期穩(wěn)定性，是未來研究需要關(guān)注的重點(diǎn)之一。1.3研究內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)本研究聚焦于綠色溶劑體系下光催化材料的設(shè)計(jì)合成與性能探索，旨在開發(fā)出高效、環(huán)保的光催化材料，為解決環(huán)境污染和能源問題提供新的技術(shù)方案。在研究內(nèi)容方面，首先，對(duì)綠色溶劑進(jìn)行篩選與評(píng)估。深入研究水、離子液體、低共熔溶劑等多種綠色溶劑的物理化學(xué)性質(zhì)，包括極性、溶解性、揮發(fā)性、穩(wěn)定性等，分析這些性質(zhì)對(duì)光催化材料合成過程及產(chǎn)物性能的影響。通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測試相結(jié)合的方法，建立綠色溶劑性質(zhì)與光催化材料合成及性能之間的關(guān)聯(lián)模型，為綠色溶劑的選擇和優(yōu)化提供理論依據(jù)。其次，設(shè)計(jì)并合成新型光催化材料。以常見的半導(dǎo)體光催化材料如TiO?、ZnO、g-C?N?等為基礎(chǔ)，通過元素?fù)诫s、復(fù)合改性等手段，在綠色溶劑體系中制備具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的光催化材料。例如，利用離子液體的可設(shè)計(jì)性，通過改變離子液體的陰陽離子結(jié)構(gòu)，調(diào)控光催化材料的表面電荷分布和能帶結(jié)構(gòu)，從而提高光生載流子的分離效率。探索水熱法、溶劑熱法、溶膠-凝膠法等合成方法在綠色溶劑中的應(yīng)用，優(yōu)化合成工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光催化材料形貌、尺寸和晶型的精確控制，制備出具有高比表面積、良好結(jié)晶度和特殊形貌（如納米片、納米棒、多孔結(jié)構(gòu)等）的光催化材料，以增加光催化反應(yīng)的活性位點(diǎn)，提高光催化效率。再者，對(duì)光催化材料的性能進(jìn)行全面表征與測試。采用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、比表面積分析（BET）、紫外-可見漫反射光譜（UV-VisDRS）、光致發(fā)光光譜（PL）等多種表征手段，對(duì)合成的光催化材料的晶體結(jié)構(gòu)、形貌、比表面積、光學(xué)性能和光生載流子的分離與復(fù)合情況進(jìn)行詳細(xì)分析。以典型的有機(jī)污染物（如甲基橙、羅丹明B、苯酚等）的光催化降解和光催化分解水制氫為模型反應(yīng)，測試光催化材料的光催化活性，并考察反應(yīng)條件（如光照強(qiáng)度、溶液pH值、底物濃度等）對(duì)光催化性能的影響，優(yōu)化光催化反應(yīng)條件，提高光催化效率。最后，深入研究綠色溶劑與光催化材料之間的相互作用機(jī)制。通過原位紅外光譜、核磁共振光譜、分子動(dòng)力學(xué)模擬等技術(shù)手段，研究綠色溶劑分子在光催化材料表面的吸附和反應(yīng)過程，以及綠色溶劑對(duì)光催化材料電子結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)的影響。揭示綠色溶劑在光催化反應(yīng)中的作用機(jī)制，明確綠色溶劑如何促進(jìn)光生載流子的分離和傳輸，以及如何影響光催化反應(yīng)的活性和選擇性，為進(jìn)一步優(yōu)化光催化材料的性能提供理論指導(dǎo)。本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是合成方法的創(chuàng)新，將綠色溶劑引入光催化材料的合成過程，探索了綠色溶劑對(duì)光催化材料合成及性能的影響規(guī)律，為光催化材料的綠色合成提供了新的方法和思路。通過優(yōu)化綠色溶劑的種類和合成工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光催化材料結(jié)構(gòu)和性能的精確調(diào)控，有望突破傳統(tǒng)光催化劑的性能瓶頸。二是性能提升方面的創(chuàng)新，通過元素?fù)诫s、復(fù)合改性等手段，在綠色溶劑體系中制備出具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的光催化材料，有效提高了光生載流子的分離效率和光催化活性。例如，制備的離子液體修飾的光催化材料，在可見光照射下表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能，為光催化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的推廣提供了有力支持。三是作用機(jī)制研究的創(chuàng)新，利用多種先進(jìn)的表征技術(shù)和理論計(jì)算方法，深入研究綠色溶劑與光催化材料之間的相互作用機(jī)制，從分子層面揭示了綠色溶劑在光催化反應(yīng)中的作用本質(zhì)，為光催化材料的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了更加深入的理論依據(jù)，有助于推動(dòng)光催化領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和技術(shù)發(fā)展。二、綠色溶劑與光催化材料概述2.1綠色溶劑的定義與特點(diǎn)綠色溶劑，又被稱為環(huán)境友好型溶劑，是基于綠色化學(xué)理論發(fā)展起來的一類溶劑。其核心在于在制造、使用以及廢棄的全流程中，盡可能降低對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響。與傳統(tǒng)溶劑相比，綠色溶劑具有諸多顯著特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使其成為推動(dòng)化學(xué)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。從毒性角度來看，綠色溶劑具有低毒甚至無毒的特性。傳統(tǒng)有機(jī)溶劑如苯、甲苯等，具有較強(qiáng)的毒性，長期接觸可能會(huì)對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)等造成嚴(yán)重?fù)p害，甚至引發(fā)癌癥等疾病。而綠色溶劑，如乙醇、水等，毒性極低，在使用過程中大大降低了對(duì)操作人員健康的威脅。以乙醇為例，它作為一種常見的綠色溶劑，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等對(duì)安全性要求極高的領(lǐng)域。在藥品生產(chǎn)過程中，乙醇常被用于藥物的提取和純化，由于其低毒的特性，不會(huì)對(duì)藥品的質(zhì)量和安全性產(chǎn)生不良影響，同時(shí)也保障了生產(chǎn)人員的健康。在揮發(fā)性和可回收性方面，綠色溶劑具有明顯優(yōu)勢。傳統(tǒng)溶劑大多具有較高的揮發(fā)性，在使用過程中會(huì)大量揮發(fā)到空氣中，不僅造成資源的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成污染，形成揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs），引發(fā)光化學(xué)煙霧等環(huán)境問題。而綠色溶劑中的離子液體，具有可忽略的蒸氣壓，幾乎不會(huì)揮發(fā)到空氣中，從而有效減少了對(duì)大氣環(huán)境的污染。此外，許多綠色溶劑具有良好的可回收性，如超臨界二氧化碳，在超臨界狀態(tài)下，它對(duì)許多物質(zhì)具有良好的溶解性，可用于萃取和分離過程。在完成任務(wù)后，通過降低壓力和溫度，超臨界二氧化碳可以很容易地從體系中分離出來，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，大大提高了資源的利用率，降低了生產(chǎn)成本。綠色溶劑的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性也是其重要特點(diǎn)之一。在光催化材料的合成過程中，常常需要在一定的溫度和化學(xué)反應(yīng)條件下進(jìn)行，這就要求溶劑具有良好的穩(wěn)定性，以確保反應(yīng)的順利進(jìn)行。例如，離子液體在熱、機(jī)械和電化學(xué)方面都具有較高的穩(wěn)定性，能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)保持其物理化學(xué)性質(zhì)不變，為光催化材料的合成提供了穩(wěn)定的反應(yīng)環(huán)境。在一些高溫高壓的合成反應(yīng)中，離子液體可以作為理想的溶劑，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)還能保證自身不發(fā)生分解或化學(xué)反應(yīng)，從而保證了合成過程的可靠性和重復(fù)性。綠色溶劑的生物降解性也是其區(qū)別于傳統(tǒng)溶劑的重要特征。傳統(tǒng)有機(jī)溶劑難以在自然環(huán)境中降解，會(huì)在土壤、水體等環(huán)境中長期殘留，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成持久的破壞。而綠色溶劑如生物基溶劑，通常是從生物質(zhì)中提取的，具有良好的生物降解性。生物乙醇可以通過微生物發(fā)酵糖類或淀粉類物質(zhì)制備得到，在自然環(huán)境中，它可以被微生物分解為二氧化碳和水，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。這種生物降解性使得綠色溶劑在使用后能夠自然地回歸到生態(tài)系統(tǒng)中，減少了對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。綠色溶劑的制備過程也體現(xiàn)了其環(huán)保和可持續(xù)的特點(diǎn)。許多綠色溶劑的制備采用可再生的原料，如生物基溶劑以植物或微生物為原料，這些原料可以通過種植或發(fā)酵等方式不斷再生，減少了對(duì)有限化石資源的依賴。同時(shí)，綠色溶劑的制備過程通常具有較高的原子經(jīng)濟(jì)性和較低的能耗，能夠最大限度地利用原料中的原子，減少廢棄物的產(chǎn)生，降低能源消耗，從而實(shí)現(xiàn)資源的高效利用和環(huán)境的最小影響。綠色溶劑憑借其低毒、低揮發(fā)性、高可回收性、良好的穩(wěn)定性、生物降解性以及環(huán)保的制備過程等特點(diǎn)，成為化學(xué)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。在光催化材料的設(shè)計(jì)合成及性能研究中，綠色溶劑的應(yīng)用不僅能夠減少對(duì)環(huán)境的污染，還為光催化材料的性能提升和創(chuàng)新提供了新的機(jī)遇和途徑。2.2常見綠色溶劑的種類及應(yīng)用常見的綠色溶劑種類繁多，它們憑借各自獨(dú)特的性質(zhì)，在眾多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，為綠色化學(xué)的發(fā)展提供了有力支撐。水是最為常見且應(yīng)用廣泛的綠色溶劑之一。從理化性質(zhì)上看，水具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，它是一種極性分子，介電常數(shù)較高，能夠溶解許多離子化合物和極性分子。水的比熱容較大，在化學(xué)反應(yīng)中可以起到良好的熱緩沖作用，有助于維持反應(yīng)體系的溫度穩(wěn)定。在有機(jī)合成領(lǐng)域，水作為溶劑展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢。例如，在一些有機(jī)金屬反應(yīng)中，水可以作為反應(yīng)介質(zhì)，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。中國留美學(xué)者李朝軍教授在水相有機(jī)反應(yīng)方面開展了大量研究工作，他利用金屬銦在水相反應(yīng)體系中，成功實(shí)現(xiàn)了多種有機(jī)合成反應(yīng)，獲得了2001年美國總統(tǒng)綠色化學(xué)獎(jiǎng)，這充分表明水相有機(jī)反應(yīng)的研究價(jià)值和應(yīng)用潛力。在納米材料制備領(lǐng)域，水也發(fā)揮著重要作用。通過水熱法制備納米材料時(shí)，水不僅作為溶劑，還參與了反應(yīng)過程，能夠精確控制納米材料的尺寸和形貌。如利用水熱法制備的TiO?納米顆粒，粒徑均勻，分散性好，在光催化領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。乙醇作為一種生物基綠色溶劑，具有低毒、易揮發(fā)、易回收等特點(diǎn)。它是一種極性有機(jī)溶劑，能夠與水以任意比例互溶，同時(shí)對(duì)許多有機(jī)化合物也具有良好的溶解性。在制藥行業(yè)，乙醇被廣泛應(yīng)用于藥物的提取和純化過程。許多天然藥物中的有效成分在乙醇中有較好的溶解性，通過乙醇提取可以高效地獲取這些成分。在藥品生產(chǎn)中，乙醇常被用于溶解藥物原料，促進(jìn)藥物的合成和結(jié)晶過程。在食品工業(yè)中，乙醇同樣具有重要的應(yīng)用。它可以作為食品添加劑，用于飲料、酒類的生產(chǎn)，同時(shí)在食品保鮮和防腐方面也發(fā)揮著作用。在一些食品加工過程中，乙醇可以用于去除食品中的異味和雜質(zhì)，提高食品的品質(zhì)。離子液體是一類由離子組成的新型綠色溶劑，通常在室溫下呈液態(tài)。它具有極低的蒸氣壓，幾乎可以忽略不計(jì)，這使得離子液體在使用過程中不會(huì)揮發(fā)到空氣中，減少了對(duì)環(huán)境的污染。離子液體還具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠在較寬的溫度和化學(xué)條件范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。在有機(jī)合成反應(yīng)中，離子液體作為溶劑展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。中科院蘭州化物所的研究人員通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用Pd-(phen)?(PF?)?為催化劑，離子液體MeBulmBF?為反應(yīng)介質(zhì)，制備苯氨基甲酸甲酯時(shí)，產(chǎn)量相較于不使用離子液體提高了57倍，與使用氯苯為溶劑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，產(chǎn)量也提高了2倍。離子液體還可以作為催化劑或催化劑載體，參與到化學(xué)反應(yīng)中，提高反應(yīng)的選擇性和效率。在分離過程中，離子液體也有廣泛的應(yīng)用。例如，在液液萃取中，離子液體可以用于萃取揮發(fā)性有機(jī)物，由于其無蒸氣壓且耐熱，萃取結(jié)束后可以通過加熱萃取相將萃取物去除，實(shí)現(xiàn)離子液體的循環(huán)使用。在氣體吸收分離方面，許多離子液體具有吸濕性，能夠從氣體混合物中有效去除水蒸氣，并且可以通過選擇陰陽離子及其取代基來調(diào)節(jié)氣體在離子液體中的溶解度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)特定氣體的分離和提純。超臨界二氧化碳是二氧化碳在超臨界狀態(tài)下形成的綠色溶劑。當(dāng)二氧化碳處于超臨界狀態(tài)時(shí)，其具有氣體和液體的雙重特性，既具有良好的擴(kuò)散性和流動(dòng)性，又具有較高的溶解性。超臨界二氧化碳的臨界溫度為31.1℃，臨界壓力為7.38MPa，在相對(duì)溫和的條件下即可達(dá)到超臨界狀態(tài)。在材料制備領(lǐng)域，超臨界二氧化碳可以用于制備納米材料、微孔材料等。通過超臨界二氧化碳的快速膨脹過程，可以制備出粒徑均勻、分散性好的納米顆粒。在萃取領(lǐng)域，超臨界二氧化碳萃取技術(shù)具有高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。它可以用于從天然產(chǎn)物中提取有效成分，如從植物中提取精油、從咖啡豆中脫除咖啡因等。與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑萃取方法相比，超臨界二氧化碳萃取技術(shù)具有無溶劑殘留、萃取效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)勢，能夠滿足人們對(duì)高品質(zhì)天然產(chǎn)物提取物的需求。低共熔溶劑是一類新興的綠色溶劑，它由氫鍵供體和氫鍵受體以適當(dāng)?shù)哪柋然旌隙?。低共熔溶劑具有與離子液體相似的性質(zhì)，如極低的蒸汽壓、較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等。同時(shí)，低共熔溶劑還具有制備簡單、成本低、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)。在有機(jī)合成反應(yīng)中，低共熔溶劑可以作為反應(yīng)介質(zhì)，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。例如，在一些金屬催化反應(yīng)中，低共熔溶劑能夠提高催化劑的活性和穩(wěn)定性，從而提高反應(yīng)的產(chǎn)率和選擇性。在電化學(xué)領(lǐng)域，低共熔溶劑也有潛在的應(yīng)用價(jià)值。它可以作為電解質(zhì)溶液，用于電池、超級(jí)電容器等電化學(xué)器件中，提高器件的性能和穩(wěn)定性。2.3光催化材料的分類與性能指標(biāo)光催化材料作為光催化技術(shù)的核心，其種類繁多，性能各異。根據(jù)材料的組成和結(jié)構(gòu)，光催化材料主要可分為半導(dǎo)體光催化材料、有機(jī)光催化材料以及復(fù)合光催化材料等幾大類，每一類光催化材料都具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和光催化性能。半導(dǎo)體光催化材料是目前研究最為廣泛的一類光催化材料，其具有特殊的能帶結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體中，存在著價(jià)帶（VB）和導(dǎo)帶（CB），價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在著禁帶，禁帶寬度決定了半導(dǎo)體對(duì)光的吸收能力和光催化活性。常見的半導(dǎo)體光催化材料包括TiO?、ZnO、CdS、WO?等。TiO?因其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、催化活性高、無毒、成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體光催化材料。在紫外光照射下，TiO?能夠產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，光生空穴具有強(qiáng)氧化性，能夠?qū)⒂袡C(jī)污染物氧化分解為二氧化碳和水，光生電子則具有還原性，可參與還原反應(yīng)。然而，TiO?的禁帶寬度較大（約3.2eV），只能吸收紫外光，對(duì)太陽能的利用率較低，限制了其實(shí)際應(yīng)用。ZnO也是一種常見的半導(dǎo)體光催化材料，它具有較高的光催化活性和良好的光電性能。ZnO的禁帶寬度約為3.37eV，同樣主要吸收紫外光。與TiO?相比，ZnO的電子遷移率較高，有利于光生載流子的傳輸，但ZnO在光催化過程中容易發(fā)生光腐蝕現(xiàn)象，穩(wěn)定性較差。CdS的禁帶寬度相對(duì)較窄（約2.4eV），能夠吸收部分可見光，但其存在毒性，且在光催化過程中容易發(fā)生光溶解，導(dǎo)致光催化劑的活性下降，因此在實(shí)際應(yīng)用中受到一定限制。WO?的禁帶寬度約為2.7eV，對(duì)可見光有較好的吸收能力，在光催化氧化反應(yīng)中表現(xiàn)出較高的活性，常用于光催化降解有機(jī)污染物和光催化水分解制氫等領(lǐng)域。有機(jī)光催化材料是近年來發(fā)展起來的一類新型光催化材料，與半導(dǎo)體光催化材料相比，有機(jī)光催化材料具有結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、合成方法多樣、對(duì)可見光響應(yīng)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。常見的有機(jī)光催化材料包括卟啉類、酞菁類、共軛聚合物等。卟啉類化合物是一類具有大環(huán)共軛結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物，其中心金屬離子和周邊取代基的種類和結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行靈活調(diào)整，從而改變其光吸收和光催化性能。卟啉類光催化材料對(duì)可見光具有較強(qiáng)的吸收能力，能夠在可見光照射下產(chǎn)生光生載流子，引發(fā)光催化反應(yīng)。酞菁類化合物與卟啉類化合物結(jié)構(gòu)相似，也具有良好的光催化性能。酞菁類光催化材料具有較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，在光催化降解有機(jī)污染物、光催化殺菌等方面表現(xiàn)出潛在的應(yīng)用價(jià)值。共軛聚合物是一類由共軛雙鍵連接而成的高分子化合物，其具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。共軛聚合物的π-π*躍遷能級(jí)較低，能夠吸收可見光，并且在光激發(fā)下能夠產(chǎn)生長壽命的電荷分離態(tài)，有利于光生載流子的傳輸和利用。例如，聚噻吩類共軛聚合物在光催化制氫和光催化降解有機(jī)污染物等領(lǐng)域展現(xiàn)出了較好的性能。復(fù)合光催化材料是將兩種或兩種以上不同類型的光催化材料復(fù)合在一起，形成的具有協(xié)同效應(yīng)的光催化材料。通過復(fù)合，可以綜合利用各組分的優(yōu)點(diǎn)，克服單一材料的不足，提高光催化材料的性能。常見的復(fù)合光催化材料包括半導(dǎo)體/半導(dǎo)體復(fù)合、半導(dǎo)體/有機(jī)復(fù)合、有機(jī)/有機(jī)復(fù)合等。在半導(dǎo)體/半導(dǎo)體復(fù)合體系中，如TiO?/ZnO復(fù)合光催化材料，TiO?和ZnO的能帶結(jié)構(gòu)相互匹配，形成異質(zhì)結(jié)，能夠促進(jìn)光生載流子的分離和傳輸，提高光催化活性。在半導(dǎo)體/有機(jī)復(fù)合體系中，如g-C?N?/TiO?復(fù)合光催化材料，g-C?N?能夠吸收可見光，將光生電子注入到TiO?的導(dǎo)帶中，拓寬了TiO?的光響應(yīng)范圍，提高了對(duì)太陽能的利用效率。有機(jī)/有機(jī)復(fù)合光催化材料則通過不同有機(jī)光催化材料之間的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)光催化性能的優(yōu)化。為了全面評(píng)估光催化材料的性能，需要考慮多個(gè)性能指標(biāo)，這些指標(biāo)直接反映了光催化材料在光催化反應(yīng)中的能力和效率。光吸收能力是光催化材料的重要性能指標(biāo)之一，它決定了光催化材料能夠吸收的光的波長范圍和強(qiáng)度。光吸收能力主要取決于光催化材料的能帶結(jié)構(gòu)和電子躍遷特性。對(duì)于半導(dǎo)體光催化材料，禁帶寬度越小，其能夠吸收的光的波長越長，對(duì)可見光的響應(yīng)能力越強(qiáng)。例如，窄禁帶寬度的半導(dǎo)體光催化材料如CdS和WO?，能夠吸收部分可見光，而寬禁帶寬度的TiO?和ZnO則主要吸收紫外光。有機(jī)光催化材料的光吸收能力則與其分子結(jié)構(gòu)和共軛程度密切相關(guān)。共軛程度越高，分子的π-π*躍遷能級(jí)越低，對(duì)可見光的吸收能力越強(qiáng)。例如，卟啉類和酞菁類有機(jī)光催化材料具有較大的共軛結(jié)構(gòu)，能夠吸收可見光，表現(xiàn)出良好的光吸收性能。通常采用紫外-可見漫反射光譜（UV-VisDRS）來表征光催化材料的光吸收能力，通過測量光催化材料對(duì)不同波長光的吸收強(qiáng)度，繪制出吸收光譜，從而確定其光吸收范圍和吸收強(qiáng)度。光生載流子的分離效率是影響光催化材料性能的關(guān)鍵因素之一。在光催化反應(yīng)中，光生載流子（電子-空穴對(duì)）的分離效率直接決定了光生載流子參與光催化反應(yīng)的比例。如果光生載流子的分離效率較低，光生電子和空穴容易復(fù)合，導(dǎo)致光催化活性降低。為了提高光生載流子的分離效率，可以通過多種方法對(duì)光催化材料進(jìn)行改性。例如，在半導(dǎo)體光催化材料中引入雜質(zhì)或缺陷，改變其電子結(jié)構(gòu)，促進(jìn)光生載流子的分離；構(gòu)建異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，利用不同材料之間的能帶差異，實(shí)現(xiàn)光生載流子的有效分離。常用的表征光生載流子分離效率的方法包括光致發(fā)光光譜（PL）、瞬態(tài)光電流測試等。光致發(fā)光光譜可以通過測量光生載流子復(fù)合時(shí)發(fā)出的熒光強(qiáng)度，來間接反映光生載流子的分離效率。熒光強(qiáng)度越低，說明光生載流子的復(fù)合幾率越小，分離效率越高。瞬態(tài)光電流測試則是通過測量光催化材料在光照下產(chǎn)生的瞬態(tài)光電流，來評(píng)估光生載流子的分離和傳輸效率。光電流越大，表明光生載流子的分離效率越高，能夠參與光催化反應(yīng)的載流子數(shù)量越多。光催化活性是衡量光催化材料性能的核心指標(biāo)，它直接反映了光催化材料在光催化反應(yīng)中對(duì)目標(biāo)污染物的降解能力或?qū)獯呋磻?yīng)的催化效率。光催化活性通常通過實(shí)驗(yàn)測定，以光催化降解有機(jī)污染物為例，選擇具有代表性的有機(jī)污染物如甲基橙、羅丹明B、苯酚等作為目標(biāo)污染物，在一定的光照條件下，將光催化材料與目標(biāo)污染物溶液混合，通過監(jiān)測目標(biāo)污染物濃度隨時(shí)間的變化，來計(jì)算光催化材料的降解速率常數(shù)和降解效率。降解速率常數(shù)越大，降解效率越高，表明光催化材料的光催化活性越強(qiáng)。在光催化分解水制氫反應(yīng)中，則通過測量產(chǎn)生氫氣的速率來評(píng)估光催化材料的光催化活性。除了目標(biāo)污染物的降解效率和氫氣產(chǎn)生速率外，光催化活性還與反應(yīng)條件密切相關(guān)，如光照強(qiáng)度、溶液pH值、底物濃度等。優(yōu)化反應(yīng)條件可以提高光催化材料的光催化活性，實(shí)現(xiàn)更高效的光催化反應(yīng)。光穩(wěn)定性是光催化材料在實(shí)際應(yīng)用中需要考慮的重要性能指標(biāo)之一。光催化材料在光催化反應(yīng)過程中，長期受到光照、熱、化學(xué)物質(zhì)等因素的作用，可能會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)變化、活性降低等現(xiàn)象，影響其使用壽命和光催化性能。因此，光催化材料需要具有良好的光穩(wěn)定性，以保證在實(shí)際應(yīng)用中的長期有效性。對(duì)于半導(dǎo)體光催化材料，光穩(wěn)定性主要取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。一些半導(dǎo)體光催化材料如ZnO在光催化過程中容易發(fā)生光腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)破壞，光催化活性下降。為了提高半導(dǎo)體光催化材料的光穩(wěn)定性，可以通過表面修飾、摻雜等方法來增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。有機(jī)光催化材料的光穩(wěn)定性則與其分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗氧化能力有關(guān)。一些有機(jī)光催化材料在光照條件下容易發(fā)生氧化分解反應(yīng)，導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)破壞，光催化活性降低。通過對(duì)有機(jī)光催化材料進(jìn)行分子設(shè)計(jì)和修飾，引入抗氧化基團(tuán)或增強(qiáng)分子間的相互作用，可以提高其光穩(wěn)定性。通常采用長期光催化實(shí)驗(yàn)來評(píng)估光催化材料的光穩(wěn)定性，在一定的光照條件下，對(duì)光催化材料進(jìn)行長時(shí)間的光催化反應(yīng)，定期檢測其光催化活性和結(jié)構(gòu)變化，觀察光催化材料在長時(shí)間使用過程中的穩(wěn)定性。三、光催化材料在綠色溶劑中的設(shè)計(jì)合成方法3.1溶膠-凝膠法3.1.1溶膠-凝膠法的原理與流程溶膠-凝膠法作為一種在材料制備領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的技術(shù)，具有獨(dú)特的原理和工藝流程。其基本原理是基于金屬醇鹽或無機(jī)鹽等前驅(qū)體在液相中的水解和縮聚反應(yīng)。以金屬醇鹽M(OR)?（其中M代表金屬離子，R為烷基）為例，在溶劑中，它首先發(fā)生水解反應(yīng)，即M(OR)?+xH?O→M(OH)?(OR)???+xROH，通過水解反應(yīng)，金屬醇鹽分子中的烷氧基（OR）被羥基（OH）取代，生成了具有活性的水解產(chǎn)物。這些水解產(chǎn)物之間會(huì)進(jìn)一步發(fā)生縮聚反應(yīng)，包括兩種主要形式：一種是-M-OH+HO-M-→-M-O-M-+H?O，通過羥基之間的脫水縮合，形成M-O-M鍵；另一種是-M-OR+HO-M-→-M-O-M-+ROH，通過烷氧基與羥基之間的縮合反應(yīng)，同樣形成M-O-M鍵。隨著縮聚反應(yīng)的不斷進(jìn)行，這些小分子逐漸聚合形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而從最初的溶液狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z狀態(tài)。溶膠是一種高度分散的多相體系，其中分散相粒子的大小通常在1-100nm之間，具有一定的流動(dòng)性。在溶膠形成后，隨著時(shí)間的推移，溶膠中的粒子會(huì)進(jìn)一步聚集和交聯(lián)，導(dǎo)致體系的粘度逐漸增大，最終形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠。凝膠是一種介于固體和液體之間的物質(zhì)，它具有連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)之間充滿了溶劑分子。此時(shí)，凝膠中的溶劑分子雖然失去了流動(dòng)性，但仍然被包裹在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。為了得到最終的光催化材料，需要對(duì)凝膠進(jìn)行后續(xù)處理。首先是干燥過程，通過加熱或真空干燥等方式，去除凝膠中的溶劑分子，使凝膠的體積收縮，結(jié)構(gòu)更加致密。在干燥過程中，需要控制干燥條件，避免凝膠因收縮過快而產(chǎn)生裂紋或變形。干燥后的凝膠通常被稱為干凝膠，它仍然具有較高的孔隙率和比表面積。隨后進(jìn)行熱處理，在一定的溫度下對(duì)干凝膠進(jìn)行煅燒，使干凝膠中的有機(jī)成分完全分解，同時(shí)促進(jìn)晶體結(jié)構(gòu)的形成和完善，從而得到具有特定晶體結(jié)構(gòu)和性能的光催化材料。在整個(gè)溶膠-凝膠法的流程中，各個(gè)步驟的條件控制對(duì)最終光催化材料的性能有著至關(guān)重要的影響。前驅(qū)體的選擇決定了光催化材料的基本組成和性質(zhì)。不同的金屬醇鹽或無機(jī)鹽會(huì)導(dǎo)致生成不同的金屬氧化物光催化材料，如選擇鈦酸丁酯作為前驅(qū)體，通?？梢灾苽涑鯰iO?光催化材料；而選擇硝酸鋅作為前驅(qū)體，則可用于制備ZnO光催化材料。水解和縮聚反應(yīng)的條件，如反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、溶液的pH值以及溶劑的種類等，會(huì)影響溶膠和凝膠的形成速度、結(jié)構(gòu)和均勻性。較高的反應(yīng)溫度和較長的反應(yīng)時(shí)間通常會(huì)加速水解和縮聚反應(yīng)的進(jìn)行，但也可能導(dǎo)致產(chǎn)物的團(tuán)聚和粒徑增大。溶液的pH值會(huì)影響金屬離子的水解程度和縮聚方式，從而影響材料的結(jié)構(gòu)和性能。溶劑的種類不僅影響前驅(qū)體的溶解性和反應(yīng)活性，還會(huì)對(duì)溶膠和凝膠的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。在后續(xù)的干燥和熱處理過程中，溫度和升溫速率等參數(shù)也會(huì)對(duì)光催化材料的晶體結(jié)構(gòu)、粒徑大小和比表面積等性能產(chǎn)生顯著影響。過高的熱處理溫度可能會(huì)導(dǎo)致晶體的過度生長和比表面積的減小，從而降低光催化活性；而合適的升溫速率則可以保證材料的結(jié)構(gòu)均勻性和穩(wěn)定性。3.1.2在綠色溶劑中的應(yīng)用實(shí)例及效果分析以制備TiO?光催化材料為例，研究溶膠-凝膠法在綠色溶劑中的應(yīng)用具有重要的實(shí)際意義。在傳統(tǒng)的溶膠-凝膠法制備TiO?過程中，常使用大量的有機(jī)溶劑，如無水乙醇等，這些有機(jī)溶劑不僅對(duì)環(huán)境造成污染，還存在安全隱患。而采用綠色溶劑替代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑，為TiO?光催化材料的制備提供了更加環(huán)保和可持續(xù)的方法。水作為一種最為常見且環(huán)保的綠色溶劑，在溶膠-凝膠法制備TiO?光催化材料中有著廣泛的應(yīng)用。以鈦酸丁酯為前驅(qū)體，水為溶劑時(shí)，鈦酸丁酯在水中發(fā)生水解和縮聚反應(yīng)，形成TiO?溶膠。在水解過程中，鈦酸丁酯中的丁氧基與水分子中的氫氧根發(fā)生取代反應(yīng)，生成鈦的羥基化合物，同時(shí)釋放出丁醇。這些羥基化合物進(jìn)一步發(fā)生縮聚反應(yīng)，形成含有TiO?納米粒子的溶膠。通過控制反應(yīng)條件，如鈦酸丁酯與水的比例、反應(yīng)溫度和時(shí)間等，可以調(diào)控TiO?溶膠的粒徑和穩(wěn)定性。在較低的鈦酸丁酯濃度和適宜的反應(yīng)溫度下，能夠得到粒徑較小、分散性良好的TiO?溶膠。將溶膠進(jìn)行陳化處理，使其逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，再經(jīng)過干燥和煅燒等后續(xù)處理，最終得到TiO?光催化材料。采用水作為綠色溶劑制備的TiO?光催化材料具有一系列優(yōu)異的性能。從粒徑方面來看，通過優(yōu)化反應(yīng)條件，可以制備出粒徑在幾十納米左右的TiO?納米顆粒。較小的粒徑意味著更大的比表面積，能夠提供更多的光催化活性位點(diǎn)，從而提高光催化反應(yīng)的效率。利用比表面積分析儀（BET）對(duì)制備的TiO?光催化材料進(jìn)行測試，結(jié)果表明其比表面積可達(dá)幾十平方米每克，相較于傳統(tǒng)方法制備的TiO?材料，比表面積有明顯提升。在光催化活性方面，以甲基橙作為目標(biāo)污染物，在紫外光照射下，對(duì)采用水作為溶劑制備的TiO?光催化材料進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在一定時(shí)間內(nèi)，甲基橙的降解率可達(dá)到較高水平，表明該TiO?光催化材料具有良好的光催化活性。這是因?yàn)檩^小的粒徑和較大的比表面積使得光生載流子能夠更快速地遷移到材料表面，參與光催化反應(yīng)，同時(shí)也增加了光催化劑與污染物分子的接觸機(jī)會(huì)，從而提高了光催化降解效率。離子液體作為另一類重要的綠色溶劑，在溶膠-凝膠法制備TiO?光催化材料中也展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。離子液體具有可忽略的蒸氣壓、良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性以及對(duì)多種物質(zhì)的良好溶解性等特點(diǎn)。在制備TiO?光催化材料時(shí)，將離子液體引入溶膠-凝膠體系中，可以通過離子液體與前驅(qū)體或中間產(chǎn)物之間的相互作用，調(diào)控TiO?的生長和結(jié)晶過程。某些離子液體的陽離子或陰離子能夠與鈦酸丁酯水解產(chǎn)生的鈦離子形成絡(luò)合物，從而影響鈦離子的水解和縮聚速率，進(jìn)而控制TiO?納米顆粒的生長和形貌。通過這種方式，可以制備出具有特殊形貌和結(jié)構(gòu)的TiO?光催化材料，如納米片、納米棒等。利用離子液體作為綠色溶劑制備的TiO?光催化材料在性能上也表現(xiàn)出顯著的特點(diǎn)。在晶體結(jié)構(gòu)方面，通過X射線衍射（XRD）分析發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)方法制備的TiO?相比，離子液體輔助制備的TiO?具有更好的結(jié)晶度和更規(guī)整的晶體結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)殡x子液體的存在抑制了TiO?晶體的無序生長，促進(jìn)了晶體的擇優(yōu)取向生長。在光催化活性測試中，以羅丹明B為目標(biāo)污染物，在可見光照射下，離子液體輔助制備的TiO?光催化材料對(duì)羅丹明B的降解速率明顯高于傳統(tǒng)方法制備的TiO?。這主要?dú)w因于其特殊的形貌和結(jié)構(gòu)，增加了光的散射和吸收，提高了光生載流子的分離效率，從而增強(qiáng)了光催化活性。低共熔溶劑作為新興的綠色溶劑，也在溶膠-凝膠法制備TiO?光催化材料中得到了應(yīng)用。低共熔溶劑通常由氫鍵供體和氫鍵受體組成，具有制備簡單、成本低、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)。在TiO?光催化材料的制備過程中，低共熔溶劑可以作為反應(yīng)介質(zhì)和模板劑，參與TiO?的合成過程。低共熔溶劑中的氫鍵供體和受體可以與鈦酸丁酯水解產(chǎn)生的中間產(chǎn)物相互作用，形成特定的分子間作用力，從而引導(dǎo)TiO?納米顆粒的生長和組裝，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的TiO?光催化材料。采用低共熔溶劑制備的TiO?光催化材料在性能上具有獨(dú)特之處。多孔結(jié)構(gòu)的存在使得材料的比表面積顯著增大，通過BET測試發(fā)現(xiàn)，其比表面積可達(dá)到較高數(shù)值，為光催化反應(yīng)提供了更多的活性位點(diǎn)。在光催化降解有機(jī)污染物的實(shí)驗(yàn)中，以苯酚為目標(biāo)污染物，在模擬太陽光照射下，該TiO?光催化材料對(duì)苯酚的降解效果良好，展現(xiàn)出較高的光催化活性。這是由于多孔結(jié)構(gòu)不僅增加了光催化劑與污染物分子的接觸面積，還促進(jìn)了光生載流子的傳輸和分離，從而提高了光催化效率。同時(shí)，低共熔溶劑的可生物降解性使得整個(gè)制備過程更加環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。3.2水熱/溶劑熱法3.2.1水熱/溶劑熱法的反應(yīng)機(jī)制與條件水熱/溶劑熱法是一種在材料合成領(lǐng)域中具有獨(dú)特優(yōu)勢的方法，其反應(yīng)機(jī)制基于高溫高壓環(huán)境下溶液中物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)。在水熱法中，通常以水作為反應(yīng)介質(zhì)，而溶劑熱法則是采用有機(jī)溶劑或非水混合溶劑來替代水。這兩種方法的基本原理相似，都是在特制的密閉反應(yīng)容器（高壓釜）中，通過對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行加熱，創(chuàng)造出高溫高壓的反應(yīng)環(huán)境。在這種環(huán)境下，反應(yīng)物的活性增加，反應(yīng)速率加快，一些在常規(guī)條件下難以發(fā)生的反應(yīng)得以順利進(jìn)行。以水熱法制備TiO?光催化材料為例，其反應(yīng)機(jī)制主要涉及到鈦源的水解和縮聚反應(yīng)。當(dāng)以鈦酸丁酯作為鈦源時(shí)，在高溫高壓的水溶液中，鈦酸丁酯首先發(fā)生水解反應(yīng)：Ti(OC?H?)?+4H?O→Ti(OH)?+4C?H?OH，生成的Ti(OH)?進(jìn)一步發(fā)生縮聚反應(yīng)，形成TiO?的前驅(qū)體。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，前驅(qū)體逐漸聚集、結(jié)晶，最終形成TiO?納米顆粒。在這個(gè)過程中，水不僅作為反應(yīng)介質(zhì)，還參與了化學(xué)反應(yīng)，其高溫高壓的特性促進(jìn)了鈦酸丁酯的水解和縮聚反應(yīng)的進(jìn)行，使得TiO?納米顆粒能夠在相對(duì)溫和的條件下合成。反應(yīng)條件對(duì)水熱/溶劑熱法合成光催化材料的性能有著至關(guān)重要的影響。溫度是一個(gè)關(guān)鍵因素，不同的反應(yīng)溫度會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率和產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)、形貌等發(fā)生顯著變化。在較低的溫度下，反應(yīng)速率較慢，可能導(dǎo)致產(chǎn)物的結(jié)晶度較低，粒徑分布不均勻。而溫度過高，則可能使產(chǎn)物的粒徑過大，甚至出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，影響光催化材料的性能。在水熱法制備ZnO光催化材料時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)反應(yīng)溫度在120-160℃范圍內(nèi)時(shí)，隨著溫度的升高，ZnO納米顆粒的結(jié)晶度逐漸提高，粒徑逐漸增大。當(dāng)溫度超過160℃時(shí)，ZnO納米顆粒開始出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，比表面積減小，光催化活性降低。因此，選擇合適的反應(yīng)溫度對(duì)于獲得高性能的光催化材料至關(guān)重要。反應(yīng)時(shí)間也是影響水熱/溶劑熱法合成的重要因素之一。反應(yīng)時(shí)間過短，反應(yīng)可能不完全，導(dǎo)致產(chǎn)物中含有未反應(yīng)的前驅(qū)體，影響產(chǎn)物的純度和性能。而反應(yīng)時(shí)間過長，則可能導(dǎo)致產(chǎn)物的過度生長和團(tuán)聚，同樣會(huì)降低光催化材料的性能。在溶劑熱法制備CdS光催化材料時(shí)，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為6-12小時(shí)時(shí)，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，CdS納米顆粒的結(jié)晶度逐漸提高，光催化活性逐漸增強(qiáng)。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過12小時(shí)后，CdS納米顆粒開始出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，光催化活性反而下降。因此，需要根據(jù)具體的反應(yīng)體系和目標(biāo)產(chǎn)物，優(yōu)化反應(yīng)時(shí)間，以獲得最佳的光催化性能。除了溫度和反應(yīng)時(shí)間外，溶液的pH值、反應(yīng)物濃度以及溶劑的種類等因素也會(huì)對(duì)水熱/溶劑熱法合成光催化材料的性能產(chǎn)生影響。溶液的pH值會(huì)影響反應(yīng)物的水解和縮聚反應(yīng)速率，進(jìn)而影響產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)和形貌。在水熱法制備Bi?WO?光催化材料時(shí)，當(dāng)溶液的pH值在5-7范圍內(nèi)時(shí)，能夠得到結(jié)晶度良好、形貌規(guī)則的Bi?WO?納米片。而當(dāng)pH值過高或過低時(shí)，Bi?WO?的晶體結(jié)構(gòu)和形貌會(huì)發(fā)生明顯變化，光催化活性也會(huì)受到影響。反應(yīng)物濃度的變化會(huì)影響反應(yīng)的成核速率和生長速率，從而影響產(chǎn)物的粒徑和分布。溶劑的種類則會(huì)影響反應(yīng)物的溶解性和反應(yīng)活性，不同的溶劑可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)和形貌不同。在溶劑熱法制備TiO?光催化材料時(shí)，以乙醇為溶劑和以乙二醇為溶劑所得到的TiO?納米顆粒在形貌和性能上存在明顯差異。因此，在水熱/溶劑熱法合成光催化材料的過程中，需要綜合考慮各種反應(yīng)條件，通過優(yōu)化反應(yīng)條件來制備高性能的光催化材料。3.2.2綠色溶劑熱合成的優(yōu)勢及案例分析綠色溶劑熱合成在光催化材料制備領(lǐng)域展現(xiàn)出諸多顯著優(yōu)勢，以乙二醇為溶劑制備超薄TiO?（B）納米片的研究為例，能深入剖析這些優(yōu)勢。傳統(tǒng)的TiO?光催化材料存在光生載流子復(fù)合率高、對(duì)可見光響應(yīng)能力弱等問題，而超薄TiO?（B）納米片因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，在光催化領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。在合成過程中，以TiCl?為鈦源，乙二醇作為綠色溶劑，在140-180℃的溫度條件下，通過一步水解反應(yīng)成功制備出超薄的TiO?（B）納米片。乙二醇作為一種綠色溶劑，具有沸點(diǎn)較高、揮發(fā)性較低、對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)。在該反應(yīng)體系中，乙二醇不僅作為反應(yīng)介質(zhì)，還參與了反應(yīng)過程。乙二醇分子中的羥基與TiCl?水解產(chǎn)生的鈦離子之間存在相互作用，這種相互作用能夠調(diào)控TiO?（B）納米片的生長和結(jié)晶過程。乙二醇的存在可以抑制TiO?（B）納米片的團(tuán)聚，使其能夠保持超薄的片狀結(jié)構(gòu)，從而獲得較高的比表面積。從材料性能角度來看，所制備的超薄TiO?（B）納米片具有優(yōu)異的光催化活性。這主要?dú)w因于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。一方面，納米片的超薄結(jié)構(gòu)使其具有較大的比表面積，能夠提供更多的光催化活性位點(diǎn)，增加了光催化劑與反應(yīng)物分子的接觸機(jī)會(huì)，從而提高了光催化反應(yīng)的效率。通過比表面積分析（BET）測試發(fā)現(xiàn)，該超薄TiO?（B）納米片的比表面積可達(dá)幾十平方米每克，相較于傳統(tǒng)方法制備的TiO?材料，比表面積有顯著提升。另一方面，TiO?（B）納米片晶格中本征的開孔通道形成了獨(dú)特的開孔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于光生載流子的傳輸和分離，降低了光生載流子的復(fù)合率，從而提高了光催化活性。在光催化降解有機(jī)污染物的實(shí)驗(yàn)中，以甲基橙為目標(biāo)污染物，在可見光照射下，該超薄TiO?（B）納米片對(duì)甲基橙的降解速率明顯高于傳統(tǒng)TiO?光催化材料，在相同時(shí)間內(nèi)，甲基橙的降解率可達(dá)到較高水平，充分展示了其優(yōu)異的光催化性能。從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)角度分析，綠色溶劑熱合成法具有突出的優(yōu)勢。乙二醇作為綠色溶劑，無毒無害，可生物降解，在整個(gè)合成過程中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，符合綠色化學(xué)的理念。與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑相比，乙二醇的使用避免了有機(jī)溶劑揮發(fā)對(duì)環(huán)境和人體健康造成的危害。在經(jīng)濟(jì)方面，該合成方法采用一步反應(yīng)，工藝簡單，反應(yīng)條件相對(duì)溫和，不需要復(fù)雜的設(shè)備和昂貴的試劑，降低了生產(chǎn)成本。而且，溶劑乙二醇在反應(yīng)結(jié)束后可以通過過濾等簡單方法進(jìn)行回收，并循環(huán)使用，進(jìn)一步提高了資源的利用率，降低了生產(chǎn)成本，使得該合成方法具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和可持續(xù)性。綠色溶劑熱合成法在制備超薄TiO?（B）納米片等光催化材料方面，通過利用綠色溶劑的特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)材料結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)化，在提高材料光催化性能的同時(shí)，兼顧了環(huán)保和經(jīng)濟(jì)因素，為光催化材料的綠色合成和實(shí)際應(yīng)用提供了新的思路和方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。3.3模板法3.3.1模板法的基本原理與模板選擇模板法是一種在材料合成領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的方法，其基本原理是利用模板劑獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和形狀，在材料合成過程中引導(dǎo)目標(biāo)材料的生長和組裝，從而獲得具有特定形貌、結(jié)構(gòu)和性能的材料。模板劑在模板法中起著關(guān)鍵的作用，它如同一個(gè)“模具”，為目標(biāo)材料的形成提供了特定的空間限制和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向。在光催化材料的制備中，模板法能夠精確調(diào)控光催化材料的形貌，使其具有更有利于光催化反應(yīng)的結(jié)構(gòu)。以制備納米結(jié)構(gòu)的光催化材料為例，模板劑可以限制納米顆粒的生長方向和尺寸，從而得到粒徑均勻、分散性好的納米光催化材料。在制備TiO?納米管時(shí)，可以使用陽極氧化鋁模板。陽極氧化鋁模板具有高度有序的納米孔陣列結(jié)構(gòu)，將鈦源引入到模板的納米孔中，通過化學(xué)沉積或溶膠-凝膠等方法，使鈦源在納米孔內(nèi)發(fā)生反應(yīng)并生長，最終形成與納米孔形狀一致的TiO?納米管。這種具有納米管結(jié)構(gòu)的TiO?光催化材料，相較于普通的TiO?顆粒，具有更大的比表面積和更好的光生載流子傳輸性能，能夠顯著提高光催化活性。選擇合適的模板是模板法成功制備高性能光催化材料的關(guān)鍵。模板的選擇主要依據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、化學(xué)性質(zhì)以及與目標(biāo)光催化材料的兼容性等因素。從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，模板應(yīng)具有明確且規(guī)整的結(jié)構(gòu)，如有序的孔道結(jié)構(gòu)、納米級(jí)的空腔結(jié)構(gòu)或特定的幾何形狀等，這些結(jié)構(gòu)能夠?yàn)楣獯呋牧系纳L提供精確的空間限制，使其形成具有特定形貌和結(jié)構(gòu)的材料。如介孔二氧化硅模板具有高度有序的介孔結(jié)構(gòu)，孔徑大小均勻，可在其孔道內(nèi)合成具有介孔結(jié)構(gòu)的光催化材料，增加材料的比表面積和活性位點(diǎn)?；瘜W(xué)性質(zhì)也是選擇模板時(shí)需要考慮的重要因素。模板應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在光催化材料的合成過程中，能夠承受反應(yīng)條件的變化，不發(fā)生分解、溶解或化學(xué)反應(yīng)，從而保證模板結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性。模板的表面化學(xué)性質(zhì)也應(yīng)與目標(biāo)光催化材料相匹配，以促進(jìn)兩者之間的相互作用，有利于光催化材料在模板表面的生長和組裝。在制備金屬氧化物光催化材料時(shí)，選擇的模板表面應(yīng)具有一定的官能團(tuán)，如羥基、羧基等，這些官能團(tuán)能夠與金屬離子發(fā)生絡(luò)合作用，引導(dǎo)金屬氧化物在模板表面的成核和生長。模板與目標(biāo)光催化材料的兼容性是選擇模板的關(guān)鍵因素之一。模板應(yīng)能夠與光催化材料的前驅(qū)體或中間產(chǎn)物相互作用，形成穩(wěn)定的復(fù)合物，從而有效地引導(dǎo)光催化材料的生長。在制備過程中，模板還應(yīng)易于去除，且不會(huì)對(duì)光催化材料的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生負(fù)面影響。例如，在制備多孔結(jié)構(gòu)的光催化材料時(shí)，常使用聚合物模板。聚合物模板具有良好的可塑性和可加工性，能夠形成各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。在合成過程中，聚合物模板與光催化材料的前驅(qū)體混合，共同形成復(fù)合材料。在合成完成后，通過熱處理或溶劑溶解等方法去除聚合物模板，即可得到具有多孔結(jié)構(gòu)的光催化材料。在去除聚合物模板時(shí)，應(yīng)確保光催化材料的結(jié)構(gòu)不被破壞，且不會(huì)引入雜質(zhì)，影響光催化性能。根據(jù)不同的來源和性質(zhì)，模板可分為硬模板和軟模板。硬模板通常具有剛性的結(jié)構(gòu)，如介孔二氧化硅、陽極氧化鋁、分子篩等。硬模板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、孔徑和形狀精確可控，能夠制備出具有高度有序結(jié)構(gòu)的光催化材料。但硬模板的制備過程通常較為復(fù)雜，成本較高，且去除模板時(shí)可能需要采用較為苛刻的條件，對(duì)光催化材料的結(jié)構(gòu)有一定的影響。軟模板則是由表面活性劑、聚合物、生物分子等組成的具有柔性結(jié)構(gòu)的模板。軟模板的優(yōu)點(diǎn)是制備簡單、成本低，且與光催化材料的兼容性好，能夠在較為溫和的條件下制備光催化材料。但軟模板的結(jié)構(gòu)相對(duì)不夠穩(wěn)定，對(duì)光催化材料形貌和結(jié)構(gòu)的控制精度相對(duì)較低。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的研究目的和要求，綜合考慮各種因素，選擇合適的模板，以實(shí)現(xiàn)對(duì)光催化材料結(jié)構(gòu)和性能的精確調(diào)控，提高光催化材料的性能和應(yīng)用效果。3.3.2基于綠色溶劑的模板合成實(shí)例以生物模板法為例，在綠色溶劑中利用生物模板合成光催化材料展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢和良好的應(yīng)用前景。生物模板具有構(gòu)型獨(dú)特、形貌重復(fù)性高、資源豐富、對(duì)環(huán)境友好、容易去除、廉價(jià)易得、可再生等特點(diǎn)，為光催化材料的合成提供了新的途徑。以硅藻為生物模板，在水作為綠色溶劑的體系中合成TiO?/SiO?光催化材料的過程具有典型性。硅藻是一種大小在1-100μm之間的單細(xì)胞微生物，能夠進(jìn)行光合作用。在長期的進(jìn)化過程中，硅藻將自然界的含硅物質(zhì)進(jìn)行聚集和組裝，并通過生物礦化作用形成自身獨(dú)特的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)。其細(xì)胞壁呈現(xiàn)出六角形、棒狀、球形等多種形貌，且結(jié)構(gòu)尺寸范圍一般在50nm左右，屬于納米級(jí)，這種獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)為合成具有特殊形貌和性能的光催化材料提供了理想的模板。在合成過程中，首先將硅藻均勻分散在水中，形成穩(wěn)定的懸浮液。水作為綠色溶劑，不僅對(duì)環(huán)境友好，而且能夠?yàn)楹罄m(xù)的化學(xué)反應(yīng)提供良好的介質(zhì)。將鈦源（如鈦酸丁酯）緩慢加入到含有硅藻的水溶液中，在一定的溫度和攪拌條件下，鈦酸丁酯在水中發(fā)生水解和縮聚反應(yīng)。水解過程中，鈦酸丁酯中的丁氧基與水分子中的氫氧根發(fā)生取代反應(yīng)，生成鈦的羥基化合物，同時(shí)釋放出丁醇。這些羥基化合物進(jìn)一步發(fā)生縮聚反應(yīng)，形成TiO?的前驅(qū)體。在這個(gè)過程中，硅藻的細(xì)胞壁作為模板，引導(dǎo)TiO?前驅(qū)體在其表面和孔道內(nèi)生長和沉積。由于硅藻細(xì)胞壁的納米結(jié)構(gòu)限制，TiO?前驅(qū)體在生長過程中逐漸形成與硅藻細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)相匹配的形貌，從而得到具有特殊結(jié)構(gòu)的TiO?/SiO?復(fù)合材料。對(duì)所得的TiO?/SiO?光催化材料進(jìn)行性能測試，結(jié)果顯示出優(yōu)異的光催化性能。在光催化降解羅丹明B的實(shí)驗(yàn)中，該材料表現(xiàn)出極高的降解速率，其降解速率是商業(yè)P25TiO?的12倍。這主要?dú)w因于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。一方面，硅藻模板賦予了材料特殊的形貌和結(jié)構(gòu)，增加了材料的比表面積，使得光催化材料能夠提供更多的活性位點(diǎn)，提高了光催化劑與反應(yīng)物分子的接觸機(jī)會(huì)，從而加速了光催化反應(yīng)的進(jìn)行。通過比表面積分析（BET）測試發(fā)現(xiàn)，該材料的比表面積明顯高于普通的TiO?材料，為光催化反應(yīng)提供了更廣闊的反應(yīng)界面。另一方面，TiO?與SiO?的復(fù)合結(jié)構(gòu)形成了特殊的能帶結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了光生載流子的分離和傳輸，降低了光生載流子的復(fù)合率，從而提高了光催化活性。利用光致發(fā)光光譜（PL）和瞬態(tài)光電流測試等手段對(duì)材料的光生載流子分離和傳輸性能進(jìn)行表征，結(jié)果表明，TiO?/SiO?復(fù)合材料的光生載流子復(fù)合率明顯低于單一的TiO?材料，光電流響應(yīng)更強(qiáng)，證明了其在光生載流子分離和傳輸方面的優(yōu)勢。在反應(yīng)結(jié)束后，通過溫和的處理方法（如煅燒或酸堿處理）可以去除生物模板硅藻，而不會(huì)對(duì)TiO?/SiO?光催化材料的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生負(fù)面影響。這種基于綠色溶劑和生物模板的合成方法，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)光催化材料結(jié)構(gòu)和性能的有效調(diào)控，提高了光催化活性，還充分體現(xiàn)了綠色化學(xué)的理念，具有環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，為光催化材料的制備提供了一種創(chuàng)新的方法，有望在環(huán)境治理、能源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。3.4其他合成方法除了上述幾種常見的合成方法外，微波合成法和電化學(xué)法在綠色溶劑中合成光催化材料領(lǐng)域也展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢和應(yīng)用潛力。微波合成法是利用微波的快速加熱特性來促進(jìn)光催化材料的合成反應(yīng)。微波是一種頻率介于300MHz至300GHz的電磁波，它能夠與物質(zhì)分子相互作用，使分子產(chǎn)生快速的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生熱能，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)體系的快速加熱。與傳統(tǒng)的加熱方式相比，微波加熱具有加熱速度快、受熱均勻、反應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。在光催化材料的合成中，微波的快速加熱能夠使反應(yīng)物迅速達(dá)到反應(yīng)所需的溫度，加速反應(yīng)進(jìn)程，同時(shí)減少副反應(yīng)的發(fā)生。在以水為綠色溶劑，采用微波合成法制備TiO?光催化材料的研究中，將鈦酸丁酯和水按照一定比例混合，形成均勻的溶液。在微波輻射下，鈦酸丁酯迅速發(fā)生水解和縮聚反應(yīng)，生成TiO?納米顆粒。通過調(diào)節(jié)微波功率、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)物濃度等參數(shù)，可以精確控制TiO?納米顆粒的粒徑和結(jié)晶度。研究結(jié)果表明，采用微波合成法制備的TiO?光催化材料具有較高的結(jié)晶度和較小的粒徑。較小的粒徑意味著更大的比表面積，能夠提供更多的光催化活性位點(diǎn)，從而提高光催化反應(yīng)的效率。在光催化降解甲基橙的實(shí)驗(yàn)中，該TiO?光催化材料在較短的時(shí)間內(nèi)就能夠使甲基橙的降解率達(dá)到較高水平，展現(xiàn)出良好的光催化活性。這是因?yàn)槲⒉ǖ目焖偌訜岽龠M(jìn)了鈦酸丁酯的水解和縮聚反應(yīng)，使TiO?納米顆粒能夠在較短的時(shí)間內(nèi)形成，并且在形成過程中，微波的作用有助于抑制顆粒的團(tuán)聚，使其保持較小的粒徑和較高的分散性，從而提高了光催化性能。電化學(xué)法是利用電化學(xué)反應(yīng)來合成光催化材料，該方法在綠色溶劑中具有獨(dú)特的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光催化材料的精確制備和性能調(diào)控。在電化學(xué)合成過程中，通過在電極表面施加一定的電勢，使溶液中的金屬離子或有機(jī)分子在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而在電極表面沉積或形成光催化材料。這種方法可以精確控制反應(yīng)的進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)光催化材料的形貌、結(jié)構(gòu)和組成的精確控制。以離子液體為綠色溶劑，采用電化學(xué)法制備ZnO光催化材料的研究中，將含有鋅離子的離子液體作為電解液，在一定的電勢條件下，鋅離子在陰極表面得到電子，被還原為鋅原子，并逐漸沉積在陰極表面。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，沉積的鋅原子與離子液體中的其他成分發(fā)生反應(yīng)，形成ZnO光催化材料。通過改變施加的電勢、反應(yīng)時(shí)間和離子液體的組成等參數(shù)，可以調(diào)控ZnO光催化材料的形貌和結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，在適當(dāng)?shù)臈l件下，可以制備出具有納米棒結(jié)構(gòu)的ZnO光催化材料。這種納米棒結(jié)構(gòu)的ZnO具有較大的比表面積和良好的光生載流子傳輸性能，能夠有效提高光催化活性。在光催化降解羅丹明B的實(shí)驗(yàn)中，該納米棒結(jié)構(gòu)的ZnO光催化材料對(duì)羅丹明B的降解效率明顯高于普通的ZnO顆粒，展示出優(yōu)異的光催化性能。這是由于納米棒結(jié)構(gòu)增加了光催化劑與反應(yīng)物分子的接觸面積，同時(shí)促進(jìn)了光生載流子的傳輸和分離，從而提高了光催化活性。此外，離子液體作為綠色溶劑，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和對(duì)多種物質(zhì)的溶解性，能夠?yàn)殡娀瘜W(xué)反應(yīng)提供穩(wěn)定的反應(yīng)環(huán)境，并且在反應(yīng)過程中不會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)污染物，符合綠色化學(xué)的理念。四、綠色溶劑對(duì)光催化材料性能的影響機(jī)制4.1對(duì)光催化材料結(jié)構(gòu)的影響4.1.1晶體結(jié)構(gòu)的變化在光催化材料的合成過程中，綠色溶劑的介入能夠顯著影響其晶體結(jié)構(gòu)，其中晶型和晶格參數(shù)的改變尤為關(guān)鍵。以水熱法制備TiO?光催化材料為例，水作為綠色溶劑，在反應(yīng)體系中扮演著多重角色。在反應(yīng)溫度和時(shí)間等條件的協(xié)同作用下，水能夠影響TiO?的晶型轉(zhuǎn)變過程。研究表明，在較低的水熱溫度下，如120-150℃，反應(yīng)體系中水分子的熱運(yùn)動(dòng)相對(duì)較為溫和，TiO?更傾向于形成銳鈦礦型晶型。這是因?yàn)樵谶@種相對(duì)溫和的條件下，水分子與鈦源水解產(chǎn)生的中間體之間的相互作用較為穩(wěn)定，能夠引導(dǎo)TiO?晶體沿著銳鈦礦型的晶格結(jié)構(gòu)生長。而當(dāng)水熱溫度升高到180-200℃時(shí)，水分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，能量增加，使得TiO?晶體的生長和轉(zhuǎn)變過程發(fā)生變化，更容易形成金紅石型晶型。這是由于高溫下，水分子能夠提供更多的能量，促進(jìn)了TiO?晶體中原子的重排和晶格結(jié)構(gòu)的調(diào)整，從而有利于金紅石型晶型的形成。離子液體作為綠色溶劑，對(duì)光催化材料晶體結(jié)構(gòu)的影響則更為復(fù)雜。離子液體具有獨(dú)特的陰陽離子結(jié)構(gòu)，這些離子能夠與光催化材料的前驅(qū)體或生長過程中的中間體發(fā)生相互作用，進(jìn)而影響晶體的生長和晶格參數(shù)。在制備ZnO光催化材料時(shí)，引入含有特定陽離子和陰離子的離子液體，如1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（[BMIM][PF?]）。研究發(fā)現(xiàn)，[BMIM]?陽離子能夠與Zn2?離子發(fā)生絡(luò)合作用，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。這種絡(luò)合物的形成改變了Zn2?離子在溶液中的存在狀態(tài)和反應(yīng)活性，使得ZnO晶體在生長過程中，晶格參數(shù)發(fā)生變化。通過X射線衍射（XRD）分析發(fā)現(xiàn)，與未使用離子液體制備的ZnO相比，使用[BMIM][PF?]制備的ZnO的晶格常數(shù)發(fā)生了微小的變化，這表明離子液體的存在影響了ZnO晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這種晶格參數(shù)的改變，進(jìn)一步影響了ZnO光催化材料的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能，從而對(duì)其光催化活性產(chǎn)生影響。低共熔溶劑作為新興的綠色溶劑，在光催化材料晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控方面也展現(xiàn)出獨(dú)特的作用。低共熔溶劑通常由氫鍵供體和氫鍵受體組成，其分子間存在著豐富的氫鍵相互作用。在制備Bi?WO?光催化材料時(shí)，以氯化膽堿和尿素形成的低共熔溶劑為反應(yīng)介質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，低共熔溶劑中的氫鍵供體和受體能夠與Bi3?和WO?2?離子發(fā)生相互作用，形成特定的分子間作用力。這些作用力在Bi?WO?晶體的生長過程中，能夠引導(dǎo)晶體的生長方向，影響晶體的結(jié)晶度和晶面取向。通過XRD分析和高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）觀察發(fā)現(xiàn)，使用低共熔溶劑制備的Bi?WO?晶體具有更高的結(jié)晶度，且晶體的（001）晶面取向更加明顯。這是因?yàn)榈凸踩廴軇┲械臍滏I相互作用能夠穩(wěn)定Bi?WO?晶體的生長基元，促進(jìn)晶體沿著特定的晶面方向生長，從而改變了晶體的結(jié)構(gòu)和性能。4.1.2微觀形貌的改變綠色溶劑在光催化材料的合成過程中，對(duì)其微觀形貌的改變起著至關(guān)重要的作用，這主要體現(xiàn)在對(duì)納米顆粒尺寸、形狀以及孔隙結(jié)構(gòu)的影響上。以溶膠-凝膠法制備TiO?納米顆粒為例，當(dāng)使用乙醇作為綠色溶劑時(shí)，乙醇分子的存在能夠影響TiO?前驅(qū)體的水解和縮聚反應(yīng)速率。乙醇分子具有一定的極性，能夠與鈦酸丁酯水解產(chǎn)生的中間體相互作用，形成穩(wěn)定的分子間作用力。在水解過程中，鈦酸丁酯中的丁氧基與乙醇分子中的羥基發(fā)生交換反應(yīng)，生成鈦的乙醇鹽中間體。這些中間體在縮聚反應(yīng)過程中，由于乙醇分子的空間位阻效應(yīng)和分子間作用力的影響，使得TiO?納米顆粒的生長受到限制。研究表明，在適當(dāng)?shù)囊掖加昧肯?，能夠制備出粒徑較小且分布均勻的TiO?納米顆粒。這是因?yàn)橐掖挤肿拥目臻g位阻效應(yīng)能夠阻止TiO?納米顆粒的過度生長和團(tuán)聚，使其保持較小的粒徑。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，使用乙醇作為溶劑制備的TiO?納米顆粒粒徑在20-30nm之間，且顆粒之間的分散性良好。離子液體在調(diào)控光催化材料微觀形貌方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。離子液體的陰陽離子結(jié)構(gòu)和可設(shè)計(jì)性使其能夠與光催化材料的前驅(qū)體或生長過程中的中間體發(fā)生特異性相互作用，從而精確控制納米顆粒的形狀。在制備CdS光催化材料時(shí)，選擇含有特定陰離子的離子液體，如1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸鹽（[EMIM][SCN]）。研究發(fā)現(xiàn)，[SCN]?陰離子能夠與Cd2?離子發(fā)生絡(luò)合作用，形成具有特定結(jié)構(gòu)的絡(luò)合物。這種絡(luò)合物在CdS晶體的生長過程中，能夠作為模板引導(dǎo)晶體的生長方向，從而制備出具有特殊形狀的CdS納米顆粒。通過透射電子顯微鏡（TEM）觀察發(fā)現(xiàn)，使用[EMIM][SCN]制備的CdS納米顆粒呈現(xiàn)出棒狀結(jié)構(gòu)，而在不使用離子液體或使用其他離子液體的情況下，CdS納米顆粒通常呈現(xiàn)出球形或不規(guī)則形狀。這種棒狀結(jié)構(gòu)的CdS納米顆粒具有較大的比表面積和良好的光生載流子傳輸性能，能夠有效提高光催化活性。低共熔溶劑對(duì)光催化材料孔隙結(jié)構(gòu)的影響較為顯著。在制備介孔SiO?光催化材料時(shí)，以氯化膽堿和乙二醇形成的低共熔溶劑為反應(yīng)介質(zhì)和模板劑。低共熔溶劑中的氫鍵供體和受體能夠與硅源（如正硅酸乙酯）水解產(chǎn)生的中間體發(fā)生相互作用，形成具有一定結(jié)構(gòu)的分子聚集體。在反應(yīng)過程中，這些分子聚集體逐漸聚集形成介孔結(jié)構(gòu)的模板，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硅源在模板周圍發(fā)生水解和縮聚反應(yīng)，形成介孔SiO?材料。通過氮?dú)馕?脫附分析發(fā)現(xiàn)，使用低共熔溶劑制備的介孔SiO?具有較高的比表面積和規(guī)整的介孔結(jié)構(gòu)，孔徑分布在3-5nm之間。這是因?yàn)榈凸踩廴軇┲械臍滏I相互作用能夠穩(wěn)定模板的結(jié)構(gòu)，使得介孔SiO?在形成過程中，能夠保持規(guī)整的孔隙結(jié)構(gòu)，從而提高了光催化材料的吸附性能和活性位點(diǎn)數(shù)量，有利于光催化反應(yīng)的進(jìn)行。4.2對(duì)光催化材料光學(xué)性能的影響4.2.1光吸收特性的改變綠色溶劑在光催化材料的合成過程中，能夠通過多種機(jī)制對(duì)其光吸收特性產(chǎn)生顯著影響，其中改變能帶結(jié)構(gòu)是一個(gè)關(guān)鍵因素。以TiO?光催化材料為例，在水熱合成過程中，水作為綠色溶劑，其分子與TiO?前驅(qū)體之間的相互作用能夠影響TiO?晶體的生長和電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變其能帶結(jié)構(gòu)。在較低的水熱溫度下，水分子的熱運(yùn)動(dòng)相對(duì)較為溫和，與TiO?前驅(qū)體的相互作用較弱，此時(shí)TiO?晶體生長相對(duì)緩慢，晶體結(jié)構(gòu)較為規(guī)整，能帶結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，禁帶寬度較寬，主要吸收紫外光。而當(dāng)水熱溫度升高時(shí)，水分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，與TiO?前驅(qū)體的相互作用增強(qiáng)，可能導(dǎo)致TiO?晶體中的缺陷增多，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生一定程度的畸變，從而使能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，禁帶寬度變窄。這種禁帶寬度的變化使得TiO?對(duì)光的吸收范圍向可見光區(qū)域拓展，提高了對(duì)可見光的吸收能力。離子液體作為綠色溶劑，其獨(dú)特的陰陽離子結(jié)構(gòu)能夠與光催化材料的前驅(qū)體或生長過程中的中間體發(fā)生特異性相互作用，從而對(duì)光催化材料的能帶結(jié)構(gòu)和光吸收特性產(chǎn)生復(fù)雜的影響。在制備ZnO光催化材料時(shí)，引入1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（[BMIM][BF?]）離子液體。研究發(fā)現(xiàn)，[BMIM]?陽離子能夠與Zn2?離子發(fā)生絡(luò)合作用，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。這種絡(luò)合物的形成改變了Zn2?離子在溶液中的存在狀態(tài)和反應(yīng)活性，使得ZnO晶體在生長過程中，電子云分布發(fā)生變化，進(jìn)而影響了能帶結(jié)構(gòu)。通過紫外-可見漫反射光譜（UV-VisDRS）分析發(fā)現(xiàn)，使用[BMIM][BF?]制備的ZnO光催化材料在可見光區(qū)域的吸收強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，這表明離子液體的存在改變了ZnO的能帶結(jié)構(gòu)，使其對(duì)可見光的吸收能力提高。進(jìn)一步的研究表明，離子液體的陰離子[BF?]?也可能參與了與ZnO表面的相互作用，影響了表面態(tài)的分布，從而對(duì)光吸收特性產(chǎn)生影響。低共熔溶劑作為新興的綠色溶劑，在光催化材料的合成中也能對(duì)光吸收特性產(chǎn)生重要影響。低共熔溶劑通常由氫鍵供體和氫鍵受體組成，其分子間存在著豐富的氫鍵相互作用。在制備g-C?N?光催化材料時(shí)，以氯化膽堿和尿素形成的低共熔溶劑為反應(yīng)介質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，低共熔溶劑中的氫鍵供體和受體能夠與g-C?N?前驅(qū)體分子發(fā)生相互作用，形成特定的分子間作用力。這些作用力在g-C?N?的聚合過程中，能夠影響分子的排列和電子云分布，從而改變g-C?N?的能帶結(jié)構(gòu)。通過UV-VisDRS分析發(fā)現(xiàn)，使用低共熔溶劑制備的g-C?N?光催化材料在可見光區(qū)域的吸收邊發(fā)生了明顯的紅移，吸收強(qiáng)度也有所增強(qiáng)。這說明低共熔溶劑的存在使得g-C?N?的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，拓寬了其對(duì)可見光的吸收范圍，提高了光吸收能力，為光催化反應(yīng)提供了更多的光子能量，有利于提高光催化活性。4.2.2光生載流子的產(chǎn)生與傳輸綠色溶劑在光催化材料的合成和光催化反應(yīng)過程中，對(duì)光生載流子的產(chǎn)生、分離和傳輸效率有著至關(guān)重要的影響，其作用機(jī)制涉及多個(gè)方面。從光生載流子的產(chǎn)生角度來看，綠色溶劑與光催化材料前驅(qū)體之間的相互作用能夠影響光催化材料的電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響光生載流子的產(chǎn)生效率。以水熱法制備TiO?光催化材料為例，水作為綠色溶劑，在反應(yīng)體系中，水分子與鈦源水解產(chǎn)生的中間體之間存在著氫鍵作用和靜電相互作用。這些相互作用能夠影響中間體的穩(wěn)定性和反應(yīng)活性，進(jìn)而影響TiO?晶體的生長和電子結(jié)構(gòu)。研究表明，在適宜的水熱條件下，水分子與中間體之間的相互作用能夠促進(jìn)TiO?晶體的有序生長，使晶體結(jié)構(gòu)更加規(guī)整，缺陷減少。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化有利于提高光生載流子的產(chǎn)生效率，因?yàn)橐?guī)整的晶體結(jié)構(gòu)能夠減少電子-空穴對(duì)的復(fù)合中心，使得光生載流子能夠更有效地產(chǎn)生。通過光致發(fā)光光譜（PL）分析發(fā)現(xiàn)，在優(yōu)化的水熱條件下制備的TiO?光催化材料，其PL強(qiáng)度較低，表明光生載流子的復(fù)合率較低，光生載流子的產(chǎn)生效率較高。離子液體在光催化材料合成中，其陰陽離子與光催化材料前驅(qū)體之間的特異性相互作用對(duì)光生載流子的產(chǎn)生有著獨(dú)特的影響。在制備CdS光催化材料時(shí)，引入1-乙基-3-甲基咪唑溴化物（[EMIM]Br）離子液體。研究發(fā)現(xiàn)，[EMIM]?陽離子能夠與Cd2?離子發(fā)生絡(luò)合作用，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，而[Br]?陰離子則可能與S2?離子發(fā)生相互作用，影響CdS晶體的生長和電子結(jié)構(gòu)。這種相互作用能夠改變CdS晶體的能帶結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)帶和價(jià)帶的位置發(fā)生變化，從而影響光生載流子的產(chǎn)生。通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表征發(fā)現(xiàn)，使用[EMIM]Br制備的CdS光催化材料，其光生載流子的產(chǎn)生效率有所提高，這是因?yàn)殡x子液體的作用使得CdS晶體的能帶結(jié)構(gòu)更加有利于光生載流子的激發(fā)和產(chǎn)生。在光生載流子的分離和傳輸方面，綠色溶劑對(duì)光催化材料微觀結(jié)構(gòu)的影響起著關(guān)鍵作用。以溶膠-凝膠法制備的TiO?納米顆粒為例，當(dāng)使用乙醇作為綠色溶劑時(shí)，乙醇分子的存在能夠影響TiO?前驅(qū)體的水解和縮聚反應(yīng)速率，從而控制TiO?納米顆粒的粒徑和分散性。較小的粒徑和良好的分散性能夠縮短光生載流子的擴(kuò)散距離，減少光生載流子的復(fù)合幾率，有利于光生載流子的分離和傳輸。通過瞬態(tài)光電流測試發(fā)現(xiàn)，使用乙醇作為溶劑制備的TiO?納米顆粒，其瞬態(tài)光電流響應(yīng)較強(qiáng)，表明光生載流子的分離和傳輸效率較高。這是因?yàn)檩^小的粒徑和良好的分散性使得光生載流子能夠更快速地遷移到材料表面，參與光催化反應(yīng)。離子液體在調(diào)控光催化材料微觀結(jié)構(gòu)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，能夠有效促進(jìn)光生載流子的分離和傳輸。在制備ZnO納米棒光催化材料時(shí)，選擇含有特定陰離子的離子液體，如1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（[BMIM][PF?]）。研究發(fā)現(xiàn)，[PF?]?陰離子能夠與ZnO前驅(qū)體發(fā)生相互作用，引導(dǎo)ZnO晶體沿著特定的晶面生長，形成納米棒結(jié)構(gòu)。這種納米棒結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積和良好的晶體取向，有利于光生載流子的傳輸。通過光致發(fā)光光譜（PL）和時(shí)間分辨熒光光譜（TRPL）分析發(fā)現(xiàn)，使用[BMIM][PF?]制備的ZnO納米棒光催化材料，其光生載流子的復(fù)合壽命明顯延長，表明光生載流子的分離和傳輸效率得到了提高。這是因?yàn)榧{米棒結(jié)構(gòu)的ZnO具有良好的晶體取向，能夠提供更有效的載流子傳輸通道，減少光生載流子的復(fù)合，從而提高光催化活性。低共熔溶劑對(duì)光催化材料孔隙結(jié)構(gòu)的影響能夠顯著促進(jìn)光生載流子的傳輸。在制備介孔SiO?負(fù)載的TiO?光催化材料時(shí)，以氯化膽堿和乙二醇形成的低共熔溶劑為反應(yīng)介質(zhì)和模板劑。低共熔溶劑中的氫鍵供體和受體能夠與硅源和鈦源水解產(chǎn)生的中間體發(fā)生相互作用，形成具有一定結(jié)構(gòu)的分子聚集體，進(jìn)而形成介孔結(jié)構(gòu)。這種介孔結(jié)構(gòu)不僅增加了光催化材料的比表面積，還為光生載流子的傳輸提供了快速通道。通過電化學(xué)阻抗譜（EIS）分析發(fā)現(xiàn)，使用低共熔溶劑制備的介孔SiO?負(fù)載的TiO?光催化材料，其電荷轉(zhuǎn)移電阻明顯降低，表明光生載流子的傳輸效率得到了提高。這是因?yàn)榻榭捉Y(jié)構(gòu)能夠有效縮短光生載流子的傳輸路徑，減少傳輸過程中的能量損失，從而提高光催化反應(yīng)的效率。4.3對(duì)光催化材料催化活性的影響4.3.1反應(yīng)活性位點(diǎn)的變化綠色溶劑在光催化材料的合成過程中，對(duì)其表面反應(yīng)活性位點(diǎn)的數(shù)量和活性有著顯著的影響，這一影響機(jī)制涉及多個(gè)方面。從對(duì)反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)量的影響來看，以水熱法制備TiO?光催化材料為例，水作為綠色溶劑，在反應(yīng)體系中，水分子與鈦源水解產(chǎn)生的中間體之間的相互作用能夠影響TiO?晶體的生長和團(tuán)聚情況，進(jìn)而影響材料的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)，最終改變反應(yīng)活性位點(diǎn)的數(shù)量。在較低的水熱溫度下，水分子的熱運(yùn)動(dòng)相對(duì)較為溫和，與中間體的相互作用較弱，TiO?晶體生長相對(duì)緩慢，有利于形成較小粒徑的納米顆粒。這些小粒徑的納米顆粒具有較大的比表面積，能夠提供更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)。通過比表面積分析（BET）發(fā)現(xiàn)，在適宜的水熱條件下制備的TiO?光催化材料，其比表面積可達(dá)到幾十平方米每克，相較于高溫條件下制備的TiO?材料，比表面積明顯增大，反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)量顯著增加。隨著水熱溫度的升高，水分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，與中間體的相互作用增強(qiáng)，可能導(dǎo)致TiO?晶體的團(tuán)聚現(xiàn)象加劇，粒徑增大，比表面積減小，從而減少了反應(yīng)活性位點(diǎn)的數(shù)量。因此，通過控制水熱反應(yīng)中水分子的作用，能夠有效調(diào)控TiO?光催化材料表面反應(yīng)活性位點(diǎn)的數(shù)量。離子液體作為綠色溶劑，其獨(dú)特的陰陽離子結(jié)構(gòu)能夠與光催化材料的前驅(qū)體或生長過程中的中間體發(fā)生特異性相互作用，從而對(duì)反應(yīng)活性位點(diǎn)的數(shù)量和活性產(chǎn)生復(fù)雜的影響。在制備ZnO光催化材料時(shí)，引入1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（[BMIM][BF?]）離子液體。研究發(fā)現(xiàn)，[BMIM]?陽離子能夠與Zn2?離子發(fā)生絡(luò)合作用，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，而[BF?]?陰離子則可能參與到ZnO晶體的生長過程中，影響晶體的形貌和表面性質(zhì)。通過掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）觀察發(fā)現(xiàn)，使用[BMIM][BF?]制備的ZnO光催化材料呈現(xiàn)出獨(dú)特的納米棒狀結(jié)構(gòu)，與未使用離子液體制備的ZnO相比，其比表面積明顯增大。這種納米棒狀結(jié)構(gòu)增加了材料的表面粗糙度，提供了更多的邊緣和角落等活性位點(diǎn)，使得反應(yīng)活性位點(diǎn)的數(shù)量顯著增加。離子液體的存在還可能改變ZnO表面的電子云分布，提高活性位點(diǎn)的活性，從而增強(qiáng)光催化反應(yīng)的活性。低共熔溶劑在光催化材料合成中，對(duì)反應(yīng)活性位點(diǎn)的影響主要體現(xiàn)在其分子間的氫鍵相互作用上。在制備g-C?N?光催化材料時(shí)，以氯化膽堿和尿素形成的低共熔溶劑為反應(yīng)介質(zhì)。低共熔溶劑中的氫鍵供體和受體能夠與g-C?N?前驅(qū)體分子發(fā)生相互作用，形成特定的分子間作用力。這些作用力在g-C?N?的聚合過程中，能夠影響分子的排列和堆積方式，從而改變材料的孔隙結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)。通過氮?dú)馕?脫附分析發(fā)現(xiàn)，使用低共熔溶劑制備的g-C?N?光催化材料具有較高的比表面積和豐富的介孔結(jié)構(gòu)，孔徑分布在2-