第一章 文献综述

1.1引言

自从工业革命以来,现代科学技术和生产力的飞快发展使人类利用自然界资源的能力大大增强,给人类带来了前所未有的财富。然而,随着人类社会和全球经济的发展,也带来了历史上最为严峻的环境污染问题和能源耗竭问题，如:能源危机、物种灭绝、土地荒漠化、全球气候变暖、森林面积锐减、淡水资源枯竭、臭氧层空洞形成、海洋污染及过度开发等。这些环境与能源问题不仅严重地威胁人类的生存和发展，而且影响其他物种的生存。而光催化技术在解决能源与环境问题方面具有重要的应用前景^[1，2]。与其他治理环境污染的技术方法相比，光催化技术具有低能耗、无二次污染、适应范围广等优点^[3-6]。但半导体光催化技术在关于如何提高光催化效率以及光催化剂稳定性较差等关键问题上仍有待突破。

1.2光催化的发展

半导体光催化性能的研究始于1917年，到1967年东京大学的教授本多健一与藤岛昭偶然发现在紫外线的照射下二氧化钛电极可以将水分解成氧气与氢气。然而直到1972年”本多-胰岛效应”的出现才标志着多相光催化时代的到来^[7]。近年，新型光催化材料的工作主要集中于对二氧化钛的改性和开发新型光催化材料，铋系光催化材料因其在光催化应用上的优越的性能得到极大的关注。

1.3半导体光催化的原理及影响因素

半导体的定义是常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。光催化是利用太阳光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用，使其周围的氧气及水分子激发成极具氧化能力的自由负离子。理论上半导体材料的能带结构是由导带（CB）和价带（VB）组成的，导带和价带之间有一个区域称为禁带宽度，当半导体材料价带上的电子受到光能激发，电子跃迁到导带，价带上产生相应的空穴，在电场的作用下，电子与空穴发生分离，迁移到半导体粒子表面的不同位置，并分别与吸附在粒子表面的OH^-和H₂O反应生成活性物质，这些活性物质能氧化大多数的有机污染物，将其降解为CO₂和H₂O等无害物质。

影响半导体光催化的活性有：晶型及结构，一般来说晶体的结晶质量越高，其光催化的活性也会相应提高；能带位置；表面结构及晶格缺陷；比表面积及尺寸等^[8]。半导体材料是否具有适宜的禁带宽度是其能否成为光催化剂的首要条件。