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半导体光催化材料的吸光性能

发表时间：2024-07-29 12:27:02 来源：网友投稿

半导体光催化技术作为一种环保的新技术，在降解污染物方面具有诸多优点，如:降解没有选择性，不会产生二次污染;可以降低能量和原材料的消耗；光催化剂具有廉价、无毒、稳定，以及可以重复利用等特点。所以该技术在抗菌、防腐、净化空气、改善水质及优化环境等方面具有巨大的社会效益和经济效益，以及广阔的应用前景。

半导体光催化原理

1972年，FUJISHIMA等人在TiO2电极上发现了光催化分解水的现象，从而开辟了半导体光催化这一新领域，这也是多相光催化新时代开始的标志。他们借鉴植物的光合作用原理设计了一个太阳光伏打电池，即在水中插入一个n型半导体二氧化钛电极和一个铂(铂黑)电极，当用波长低于415 nm的光照射二氧化钛电极时，可以发现在二氧化钛电极上有氧气释放，在铂电极上有氢气释放。这一现象的产生，是由于光照使半导体阳极产生了具有极高氧化还原的电子空穴对造成的。

而半导体在上述过程中仅仅作为一种媒介，反应前后是不发生变化的。

随后的大量研究发现，即使直接将有金属铂沉积的二氧化钛悬浮于水中，在光照下也能使水分解，光催化正是在这个概念和方法的基础上发展起来的。

根据固体能带理论，半导体的基本能带结构是:存在一系列的满带，最上面的满带称为价带(VB);存在一系列的空带，最下面的空带称为导带(CB);价带和导带之间称为禁带，因而半导体的能带是不连续的。

当用能量等于或大于禁带宽度(Eg)的光照射时，半导体价带上的电子受光激发跃迁到导带，形成带负电的高活性电子;同时在价带产生相应带正电的空穴，这样就在半导体内部生成电子(e－)-空穴(h+)对。光生空穴能够与吸附在催化剂表面的OH－或H2O发生反应生成·OH，它的氧化活性比空穴更高，能够氧化多种有机物并使其矿化。

光激发产生的电子和空穴也可能在半导体内部或表面复合，如果没有适当的电子和空穴俘获剂，储备的能量在几毫秒内就会由于复合而消耗掉，而如果选用适当的俘获剂或表面空位来俘获电子或空穴，复合就会受到抑制。由上述光催化作用原理分析可知，光催化过程实际上包含氧化反应和还原反应两个过程，分别反映了光生空穴和光生电子的反应性能

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