光催化的发生是一个氧化还原反应的过程，是光能转换成化学能的过程。如图1。2所示，当半导体受到光的照射，同时禁带宽度小于光子的能量大小，电子受到激发而跃迁至导带，产生光生载流子。部分载流子在迁移的过程中通过路径②发生复合，或者运动到材料表面复合①，使得电子跃迁回价带而释放能量[22]。同时由于光生载流子中的光生电子具有极强的还原能力，能够还原绝大多数的金属阳离子，价带空穴又具有极强氧化能力，能够氧化大多数有机物发生[22]。所以通过路径③和④，光生电子与空穴能够促使光催化氧化还原反应的发生。而增强空穴、电子的分离效率，阻碍载流子的复合是提高光催化效率的重要途径[22]。文献综述

图1。1 半导体的禁带宽度、价带与导带的位置(pH=1，NHE) [20-21]

图1。2 光照激发半导体后载流子迁移及复合过程[22]

总结光催化氧化还原反应的条件：⑴入射光的光子能量必须大于或等于半导体的禁带宽度；⑵半导体的能带位置符合热力学规律，即价带电位比电子供体电位更正，或者导带电位比受体电位更负[57]。一般来说价带的能级越正，光生空穴的氧化能力越强，而导带的能级越负，光生电子的还原能力就越高。⑶电子-空穴对捕获或者转移的速率要大于电子-空穴对复合的速率[57]。

1。1。2 光催化性能的主要影响因素

光催化氧化还原反应是一个经历光激发、光生载流子迁移、参与反应等多个过程的复杂变化。其中半导体材料本身的性质以及外界环境的变化对反应的快慢以及程度均有影响。从材料的本身来说，半导体的禁带宽度是光激发过程的决定因素。它决定了太阳光可吸收的范围，进而影响了光生电子-空穴的浓度。同时材料的形貌与结晶程度也是影响光催化的重要因素。半导体结晶程度的高低反应在结构上是缺陷的多少，结晶程度越高缺陷越少，捕获光生载流子的陷阱就越少。而形貌的不同则是影响半导体的比表面积，较大的比表面积能够缩短载流子迁移的距离，提供大量的活性反应位点。从外界环境来说，入射光的强度，能量以及范围，反应的温度都对光催化的性能有一定的影响。

除控制环境因素外，为提高半导体光催化剂的催化性能，中外学者们报道了许多有效的方法，总结来说主要有以下几种：来`自+优-尔^论:文,网www.youerw.com +QQ752018766-

⑴杂原子掺杂：由于半导体材料合成时固有的结构缺陷，通过杂原子的掺杂利用其电负性差异改变材料的能级结构，使得半导体的吸收边带向长波长的方向移动，减小禁带宽度Eg。从而增大太阳光的吸收范围，提升光生载流子的浓度。但是杂质能级的引入作为另一种结构缺陷，会引起周围电场畸变，增加了材料内俘获光生电子的陷阱。

⑵半导体复合：半导体的复合是提升材料催化性能最主要的方式，细分之下有半导体–半导体复合[5,8]，半导体–导体复合[5-7]以及半导体–绝缘体复合[23]三种形式。半导体与半导体之间的复合是三种形式中最常用的方法，两者形成的复合物成为异质结。同为P型半导体或N型半导体的复合称为同型异质结，而P型半导体与N型半导体复合则称为异型异质结。异质结提升单一材料性能的机理是窄带隙半导体敏化宽带系。通过不同禁带宽度的半导体的复合，材料的能带发生弯曲，这种能级结构将促使光生载流子由一种半导体的能级注入另一种半导体的能级，从而使得光生电子–空穴对发生有效分离[14-16]，如图1。3。半导体–导体复合利用了导体EF能级低以及良好的导电性。当电子受到光激发时跃迁到导带，受到导体的作用，光生电子被导体捕获从而实现了载流子的有效分离。除此之外，例如Ag、Au、Pt等金属导体与半导体的复合[6-7]，在等离子共振效应的作用下半导体吸收波长范围扩大。而在磁场中电子与空穴运动方向相反，阻碍了载流子的复合。对于和绝缘体的复合，是半导体通过负载于一类具有发达孔道和较大比表面积的多孔材料之上，从而来达到控制半导体形貌提高其分散度以及增加其比表面积的效果[23]。 g-C3N4纳米材料的制备及其光催化性能研究(3):http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_91651.html