结  论 28

致     谢 29

参 考 文 献 30

1.绪论

1.1光催化材料概述

   光催化材料，是利用太阳能，可以分解水，环境中的有毒害物质，它可以直接将太阳能转化为电能和化学能等一些清洁能源，能够促进化合物的合成或降解。光催化利用半导体材料光照下表面能受激活化的特性，可以将低密度的太阳光能转化为高密度的化学能、电能，同时可以直接利用低密度的太阳光降解和矿化水与空气中的各种污染物，具有氧化能力强、室温下发生反应、有机污染物矿化完全、可重复使用、节能高效等优点，成为降解水环境中有机污染物的有效途径之一，在环境净化方面具有巨大的潜力。利用光催化可以实现通过热反应得不到的化学反应，通过光强、光波长可控制反应速度和选择性。

光催化材料是基于能带理论，半导体存在着导带和价带，而导带价带之间存在的较大的一个禁带，区域的大小通常称为禁带宽度(Eg)。当用光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时，半导体的价带电子发生带间跃迁，即从价带跃迁至导带，从而产生光生电子和光生空穴。半导体的光吸收阈值k与禁带宽度Eg具有下式的关系:

λg(nm)= 1240/Eg(eV)                              (1.1)

当光子能量大于禁带宽度的光照射半导体时，其价带部分电子被激发，跃迁至导带，这样导带价带上就产生了空穴和电子。激发的电子和空穴迁移到半导体颗粒的表面，当能带边缘位置符合某种要求时，光生电子和空穴就会与水或有机物发生氧化还原反应，从而产生光催化作用(图1.1)。空穴迁移至表面吸附O2，OH-发生能量，电荷转移，会产生具有强氧化能量的离子来降解有害物质，达到净化空气的目的。

图1.1 半导体光催化示意图

1.2 光催化材料的发展历史与现状

1.3 光催化材料的应用

光催化材料因其特有的性质，在城市以及工业领域有着广泛的应用前景。

(1)提升汽车的实用性能

在汽车侧视镜以及玻璃上加上光催化材料，在光照下会将灰尘分解杀菌，转化为无污染的CO2，可以使各种尘埃不黏上玻璃车身，保持其洁净光亮。同时，光催化剂还能分解汽车尾气排放的有害废气，达到环保效果。

(2)医疗机构的应用

光催化材料激发下存在的空穴/电子能与水发生电子转移，使其具有强氧化能力，可清除大肠杆菌、耐药性葡萄糖菌、绿脓杆菌等病原体。在医院的天花板、地板、墙壁上使用光催化材料，与传统消毒方法结合，可以达到完全杀菌，灭菌的目的，有利于患者康复。

(3)太阳能光催化制氢

光催化分解水制氢可实现从太阳能到氢能的直接转化[6]。Akihiko Kudo发现，Bi2W2O9，Bi2WO6等光催化材料可从甲醇溶液中制得氢气，从硝酸银溶液中制得氧气，从此，具有层状钙钛矿结构的Bi-W系列化合物由于其成分和结构成为光催化材料中的新成员[7]。2001年，他又发现，同样具有钙钛矿结构的ATaO3(A=Li ,Na, and K)系列盐在紫外光的照射下同样具有将水催化分解为H2和O2的能力，具有钙钛矿结构的光催化剂开始被广泛研究[8]。

(4)环境保护

利用光催化材料的氧化功能，能有效地将几乎所有有机和无机污染物降解为无机小分子，达到完全矿化消除污染的目的，是一项被人们高度关注的新技术。