1．引言

长久以来，我们一直在寻找能够有效的利用太阳能的方法，将存在于自然界的光能转化成化学能、电能向来是研究的热点。尤其是进入二十世纪以来，工业的飞速发展，加速了人类的进步。但是，紧跟着工业的发展，在带来经济飞速发展的同一时刻，也留存下了许多环境方面的问题，例如工业”三废”的排放量每一年都在增长，对我们生存环境造成的污染也在严重化，特别是在迈入二十一世纪之后,紧跟着工业的飞速发展,环境的污染问题也愈发愈烈。老的污染物治理技术有膜分离法、生物处理法、化学氧化法、物理吸附法等。但是，膜分离法的设备昂贵，运行成本高并且存在着浓缩液的处理和处置问题。生物处理法通常不能够满足净化的要求。化学氧化法要求对使用的氧化剂有比较高的选择性，并且不能同时降解多种有机污染物。物理吸附法只转移了有机污染物，假若对吸附质处理不好，则会使污染物再次进入环境中，导致二次污染。这些环境污染问题的出现及难以解决，也督促了人们更快更好地利用清洁能源#8212;#8212;太阳能。

光催化是利用太阳能的重要手段之一，它是利用光能产生催化的作用，使得吸附在光催化剂上的氧和水分子发生反应从而生成拥有强氧化性的自由基，这些自由基可降解几乎所有能够对人体和环境造成危害的有机和无机物，并且不会造成资源的浪费和额外的污染。这个技术可以用在许多方面，比方说光催化裂解水制氢、光催化杀菌以及光催化污染物降解等方面。

2．光催化技术概述

2．1光催化基本原理

半导体材料在紫外及可见光照射下，将光能转化为化学能，并促进有机物的合成和分解，这个过程即为光催化。半导体材料的催化性质，由其能带结构决定^[1,2]。能带理论表示，半导体催化剂的电子能是间断的，在价带(valence band, VB)和导带(conduction band，CB)之间的区域称为禁带(或者带隙Eg)。位于基态的半导体催化剂，内部此时没有载流子存在，电子被束缚在价带上，而导带此时是空的。当有大于或等于Eg的能量hv，以光的形式照射在半导体上时，材料被激发，VB上的电子会跃迁到CB上，因此在价带上会留下带正电的空穴，进而形成两种光生载流子即:导带电子(e^-)和价带空穴(h )。

半导体 hv→e^- h

在电场的作用下，光生电子和空穴会发生分离，迁移到半导体材料的表面。主要发生三种途径:（1）一部分光生电子和空穴会迁移到半导体的表面，然后进行复合，同时释放出能量。(2)一部分光生载流子则迁移到半导体的表面，与吸附在其表面的物质发生反应。光生电子与O₂反应，生成超氧负离子（O₂#183;^-）。因光生h 具有强氧化性，可以把H₂O变为氢氧自由基(#183;OH)。在催化剂表面形成的O₂#183;^-和#183;OH是非常活泼，并且有很高氧化能力的基团，能与吸附在半导体材料表面的绝大多数微粒相互作用，并将其逐步降解，最终分解为小分子CO₂和H₂O，达到降解污染物的目的。(3)另一部分光生载流子则在半导体的内部快速的复合，并释放出能量^[3,4]。由此可见，只有第二种途径中的光生电子空穴对与半导体材料的催化反应有关^[5]。

半导体 hv → h e^-