文 献 综 述

近几十年来全球经济得到快速的发展，世界能源需求持续增长，石油、天然气、煤炭等传统化石能源被大规模的开釆与使用，带来了严重的环境污染和不可再生能源的逐渐枯竭。因此人们在探索一条可持续发展的道路，可持续发展战略也是我国优先考虑的重要课题。减少环境污染是实现可持续发展的必经之路。而研发新的无污染、清洁、可再生的替代能源是保证可持续发展的关键。目前己开发的新能源主要有风能、海洋能、地热能、太阳能等。其中，太阳能由于具有取之不尽、用之不竭的优点被认为是最有潜力的新能源之一。

单位质量的H₂能够释放出大量的能量，并且H₂与O₂反应的产物只有水，没有任何的污染物产生。传统氢能的制备方法主要可以分为两种：一种通过对化石资源（如石油、煤、天然气等）进行部分氧化或重整来制得氢气（热化学法及等离子化学法等）。这些方法不仅能耗比较高，而且在制得氢气的同时会产生温室气体，既消耗了化石能源，又带来了环境污染；另一种则是以水作为反应物，通过热解或电解制氢，如光电化学法和电解法等，但是这些方法一样面临消耗大量能源的问题。所以如何实现大规模廉价的制氢是实现氢能工业化应用的必须面对的问题。理想的制氢方法要降低制得氢气所耗费的能量，否则得不偿失。随着资源量的减少，石油价格因而不断升高，以方便廉价的方法制氢成为人们梦寐以求的愿望。

随着科技水平的不断发展，越来越多的制氢技术被研发出来。其中，通过光催化作用利用太阳能实现分解水制氢同时完全矿化有机污染物是一种有效的方法^[1,2]。光催化反应是以如TiO₂，ZnO，CdS，SnO₂，ZnS，等半导体作为光催化剂。在众多宽带隙半导体当中，TiO₂因具有较好的稳定性、催化活性高、价格低廉、环境友好、可循环使用等优点而备受关注。但是TiO₂的禁带宽度为3.2 eV，所以只有在紫外光作用下才能表现出明显的活性，而在太阳光谱中，紫外光约占5%，这严重限制了TiO₂在光催化方面的应用^[3-5]。

为了解决以上不足，人们开始想方设法提高光催化剂的活性，常用的改性方法如金属掺杂、非金属掺杂、半导体复合和染料敏化等^[6,7]。虽然这些方法在一定程度上克服了TiO₂的不足，但仍然还不能满足实际应用的需要。因此，如何拓宽TiO₂的光谱响应范围、抑制光生电子和空穴的复合提高量子效率，是当前半导体光催化领域急需解决的难题。铁酸盐（如铁酸锌、铁酸钴和铁酸铝等）是一类性能优良的窄带隙半导体材料，禁带宽度在1.3 ~ 2.3 eV之间，对可见光敏感，与TiO₂复合既可以有效利用可见光，又有助于于电子-空穴对的分离，提高在可见光范围内的催化活性。

1. CoFe₂O₄制备和应用

1.1 尖晶石型化合物的结构特点

AB₂O₄化合物主要的结构是尖晶石，与典型的尖晶石MgAl₂O₄同型。属于离子型化合物，是立方晶系面心立方点阵，其中氧离子作ABCABC#8230;最紧密堆积，空间群为Fd3m。AB₂O₄型化合物中，A为二价正离子（如Mg² 、Zn² 、Ni² 、Cu² 、Co² 等），B为三价正离子（如Fe³ 、Al³ 、Cr³ 、Co³ 、Ga³ 等）。而对于尖晶石金属铁酸盐来说，B即为Fe³ ，其中二价金属正离子占据四面体空位即A位，而Fe³ 则占据八面体空位即B位。每个晶胞内包含32个O^2-、16个Fe³ 和8个A位离子。32个氧离子共组成64个四面体位(A位)和32个八面体位(B位)间隙。

尖晶石型化合物存在着三种结构：当B离子占据B位，A离子占据A位时，为正尖晶石结构，如ZnFe₂O₄、MgAl₂O₄；当A离子占据B位，而一半B离子占据A位时，为反尖晶石结构，如MgFe₂O₄，CuFe₂O₄；若A位和B位上两种离子都存在，则属于混尖晶石结构，如MnFe₂O₄。对于CoFe₂O₄材料而言，四面体中心由三价金属占据，二价金属和余下的三价金属离子#8212;起共同占据在八面体中心，这种结构就是典型的反尖晶石结构。