取决于采用不同的半导体，它们对污水中的有机污染物降解能力有明显的差异。 上世纪七十年代，TiO2 光催化分解水的现象被 Fujinshima  和 Honda 两位科学家

发现，这开启了多相光催化研究的一个新纪元[6]。从此以后，为了阐释 TiO2 光催化 基础过程和提高它的光催化效率，化学工程师、化学家和物理学家对光催化进行了 细致的研究。半导体 TiO2 在诸多领域得到人们的密切的关注[7]，比如说在污水处理、 环境净化、能量循环利用、催化剂、填充剂、化妆品和涂料等，因为其具有较强的 氧化能力、良好的生物兼容性、化学稳定性好、耐光腐蚀和化学腐蚀能力、对人体 无害、廉价、并且具有很深的价带能级等特征，尤其是近年来，彻底降解污水中的 有机物和受污染的空气，以 TiO2 为基础的多相光催化有很大的潜在应用前景[8]。

二氧化钛(TiO2)在紫外光下光催化降解污水中的有机物具有很好的效果，但是

TiO2 光催化剂在可见光及太阳光照下对有机污染物的降解率较低，因此在实际应用 中 TiO2 的使用受到了限制。为了增加 TiO2 的光催化活性以及使其应用范围拓宽， 可以将 TiO2 与其它半导体材料制成复合光催化剂，以此解决单一使用 TiO2 的局限 性[9-10]。

1。2 TiO2 光催化机理

半导体粒子具有能带结构，TiO2 受到光照的激发后，由于能带的结构包含了一 个充满电子的价带（Valence band，VB）和一个空的导带（Conduction band，CB） 以及其间的一个禁带，当 TiO2 受到大于或等于禁带宽度能量的光照时，催化剂表面 产生的电子(e-)和空穴(h+)分别跟氧化性物质和还原性物质产生反应发生氧化还原反 应过程[11]，其反应过程如图 1-1 所示。

图 1-1：TiO2 光催化反应机理图

Fig。 1-1: TiO2 photocatalysis reaction mechanism

因为半导体粒子在能带之间没有连续的区域，跟金属作对比，半导体的电子- 空穴对的复合时间较慢，其受到光照激发后形成的电子-空穴对在能量的作用下分散， 并且迁移到离子表面各个位置，与附着在 TiO2 表面的有机污染物等产生氧化和还原 反应。反应过程的步骤可以概括为[12]：

(1)TiO2 受光照激发后产生光生电子-空穴对； (2)产生的载流子互相作用进行复合反应，以光和热的形式释放能量； (3)氧化反应由价带空穴诱发，还原反应由导带电子诱发； (4)进一步发生热反应和催化反应。

空穴(h+)能跟 TiO2 表面的 OH-、H2O  或有机分子反应生成羟基自由基（•OH），

•OH 是一种非选择性的氧化能力很强的氧化剂，通常认为在光催化反应体系中主要 的氧化剂是•OH，而导带电子则是很好的还原剂，大多数金属离子能够被还原并且

还原溶解氧生成超氧自由基(•O2-)[13-14]。在污水中的各种生物难以降解的有机污染物，

•OH 能够将其降解或者开环变为有机小分子，纳米 TiO2 光生电子-空穴对能使污水 中的大部分有机污染物直接或者间接地发生氧化和还原反应。•OH 和•O2-等基团可 以通过如下光催化反应机理生成[11]：