然而 ， 目前国内外对“高活性可见光催化材料”的认识多局限于基础研究 。 真正实现产业化应用的研究成果还比较少 ， 现已成为全人类面临的一个急需解决的重大科学难题 。 目前国内外研究存在三大瓶颈：
一是光催化效率有待提高 。 光催化效率是评定一种催化剂性能的重要指标之一 。 光催化效率高就能短时间内将有机污染物完全降解 ， 及时有效地缓解环境污染问题 。 同时高效率的催化剂可用较少的量发挥更大的净化作用 。
【“吃掉”有机污染物 “消化”成无污染物】二是实现可见光催化难 。 普遍的光催化材料在紫外光条件下活性较高 ， 而在可见光下活性很低 ， 例如大家普遍认可的在紫外光下高效的光催化剂——商用P25 ， 然而紫外光在太阳光中仅约占5% ， 所以在太阳光下 ， 这种催化剂光利用效率很低 ， 光催化效率也低 ， 大大限制了它的应用 。 若催化材料在可见光下活性高 ， 那么在LED灯下就能净化空气污染物 ， 从而室内空气污染问题就迎刃而解 。
三是难以实现工业化生产 。 实验室研究可以不考虑成本、能耗、环保、稳定性等问题 ， 进行了一百次实验 ， 成功了一次就是成功了 ， 但只证明了可行性 。 在实际放大生产过程中 ， 制备条件并不能像实验室条件可控以及稳定 ， 存在很多不可控的因素 ， 因此开发一种可行的、稳定的制备方法是实现光催化剂工业化应用的关键问题所在 。 同时工业化生产中还要考虑成本、能耗、环保、产率、技术可操作性、稳定性等问题 ， 进行了一百次工业化生产 ， 如果有一次不成功那就是百分之一不合格 。
“通过化学改性的手段 ， 在TiO2结构中引入金属、非金属来提高其可见光活性 ， 还可开发一种新型的可见光催化材料 ， 例如氮化碳（C3N4）光催化材料 ， 氮化碳是近几年来新兴的非金属半导体材料 ， 在可见光下可高效降解有机污染物 。 C3N4与TiO2复合形成异质结也是一种策略 ， 既能实现可见光响应 ， 又能改善催化效率 。 当然还有TiO2与石墨烯、碳量子点、铋系材料复合形成的异质结催化剂 。 ”冀志江说 ， “在工业化中真正实现效果显著、能够解决问题的可见光目标还未达到 。 ”
虽然目前我国在基础研究上做了大量工作 ， 一直推进工业化生产 ， 但实验室和产业化应用间还是有一定差距 。
“例如 ， 目前大家比较认可的明星光催化材料是德固赛P25 ， 不管是在基础研究还是工业化生产方面 ， 目前我们评价一个催化剂性能的好坏都是以P25为衡量标杆 ， 它具有稳定的光催化净化能力 ， 也实现了批量产业化生产 。 ”冀志江同时提道 ， 在真正使用上 ， P25还是有局限性 ， 比如在催化剂回收再利用方面 ， 水净化后要将P25催化剂回收 ， 由于催化剂的纳米尺寸效应 ， 很难从水相中回收出固体催化剂 ， 即使按照现有工艺回收 ， 也需要很大的成本和精力 。 “这就是材料特性和工业应用之间的鸿沟 。 ”
正推进大工业级生产和应用
“十三五”期间 ， 中国建材总院制备高活性光催化材料已取得一定成果 。 在可见光响应和团聚分离方面 ， 中国建材总院已取得显著进展 。
“一方面 ， 采用矿物负载技术解决了纳米TiO2易于团聚的问题 ， 改善了纳米催化剂的吸附能力 ， 制备的TiO2/矿物复合催化材料具有优异的可见光净化性能 。 另一方面 ， 通过调节TiO2的形貌或晶面 ， 改善TiO2自身的催化性能 。 ”冀志江说 ， “在基础研发过程中 ， 中国建材总院分别研究水解沉淀法与溶剂热法两种制备工艺及性能优化 ， 从设备选型、生产环境影响、废气废水处理及循环利用、经济效益等角度 ， 对两种制备工艺进行了全面的可行性分析 ， 目前在中试化生产阶段 ， 已建成一条中试生产线 ， 材料已经在涂装材料中应用 ， 在这方面我们已有显著进展 。 ”
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