图 1-1 半导体表面电荷和能带关系

Fig。1-1 The relation between Electric charge of Semiconductor Surface and Band

当高光子能量于半导体阈值的光（一般为波长小于 387nm 的紫外光）照射 TiO2 表面时，半导体的价带上的电子受到激发发生带间跃迁而从价带跃迁到导 带，并在价带上留下相应的空穴，即光生电子-空穴对。并在电场力的作用下， 互相分离、迁移到催化剂 TiO2 的表面。在催化剂的表面发生两种类型的氧化还 原反应：一类是间接氧化还原反应，即光生电子与空穴、羟基、表面吸附的水分 子或溶解氧等发生反应生成具有强氧化性的羟基自由基-OH,-OH 能把绝大部分 有机污染物和部分无机物氧化分解，最后生成二氧化碳和水等无机物或降解为对 环境无害的有机物；另一类是光生电子与空穴直接与吸附在 TiO2 表面的物质发 生氧化还原反应，即直接氧化还原反应。间接氧化还原反应如下（式 1-1～1-9）：文献综述

TiO2+hν→e-+h+ （1-1）

h++OH- →•OH （1-2）

h++H2O→•OH +H+ （1-3）

e-+O2→•O2 （1-4）

•O2 +H2O→•HO2+OH （1-5）

- -

2•HO2→O2+H2O2 （1-6)

e-+•HO2+H2O→H2O2+OH- （1-7）

e-+H2O2→•OH+OH- （1-8）

O2 +H2O2→•OH+OH +O2 （1-9）

- -

直接氧化还原反应如下(式 1-10～1-11）：

R+h+→R+ （1-10）

M++e-→M （1-11）

TiO2 光解水产氢原理：光催化氧化反应可以分为两种类型："降低能垒"反应和" 升高能垒"反应。光催化氧化降解有机物属于降低能垒反应，此类反应的△G<0，

反应过程不可逆，这类反应催化得到的产物主要是 O2 、•HO2  、OH   、和 H 等

- - +

活性基团。水分解生成 H2 和 O2 则是高能垒反应，这类反应的吉布斯自由能

△G>0(约为 1。2eV 或 237 kJ/mo1)，如式 1-12 所示：来;自]优Y尔E论L文W网www.youerw.com +QQ752018766-

H2O+hν→H2+O2 (△G=+237 kJ/mo1) (1-12)

这是一类将光能转化为化学能的耗能的上坡反应，要使水分子被分解转化为 氢气，热力学要求光催化半导体材料的导带电位比氢电极的还原电位 EH+/H2

（0eV)稍负，而价带电位则应比氧电极的氧化电位 EO2/H2O(1。23eV)稍正