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半导体光催化剂是指半导体材料在吸收外界辐射光能之后能激发产生导带电子（e-）和价带空穴（h+），进而与吸附在其表面的物质发生一系列化学反应的一类催化剂。
1.3.2 半导体光催化剂的催化机理
一般的，在有光的条件下，光能激发半导体催化剂中的电子，将电子从价带激发到导带生成光生电子，而价带中产生相应的光生空穴，电子和空穴分别扩散到半导体的表面，与吸附在半导体表面的不同反应对象进行反应。其中光生空穴具有氧化性，光生电子具有还原性。如图1-1.
图1-1 光催化剂催化降解过程的机理简图。
1.3.3 TiO2半导体光催化剂简介
在半导体光催化剂中，TiO2半导体光催化剂因其具有效能高、能耗低、反应条件温和、适用范围广、可减少二次污染等突出优点而成为现在的科研工作者的研究热点。
二氧化钛，俗称钛白粉，为白色固体或粉末状的两性氧化物，是常见的n型半导体。由于其具有宽的禁带宽度，可制作成光催化剂，净化空气，消除车辆排放物种25%到45%的氮氧化合物，可用于治理空气污染。有板钛矿、锐钛矿、金红石三种晶型，较常见的为锐钛矿型（简称A型）和金红石型（简称R型），都属于四方晶系。金红石型在高能（较短波长）吸收辐射能较锐钛矿型大，对紫外线的吸收能力比锐钛矿型要高。换句话说，在具有很强杀伤力的UV-波长段内（350-400nm），金红石型二氧化钛对紫外线的反射率要远远低于锐钛矿型氧化钛，这种情况下，使得它周围的成膜物、树脂等身上要分担的紫外光就要少的多，促使有机物的使用寿命增长。这就是为什么金红石型钛白粉的耐候性比锐钛矿型好的原因所在。但光催化活性金红石型氧化钛却没有锐钛矿型高。还有文献报道两者的混合晶型具有最高的催化活性，且其粒径越小，光催化活性越高。金红石型TiO2比锐钛矿型TiO2有着比较多的优点，如稳定性好、比较致密、硬度较高、折射率好、着色率比较强、密度介电常数也比较高。这些结构的共同特点为：组成结构的基本单元为钛氧八面体。
二氧化钛具有以下三个优良特性：(1)化学性质稳定，耐光腐蚀；(2)具有较大的禁带宽度，氧化还原电位高，光催化反应驱动力大，光催化活性高：对于一些吸热的化学反应，在被光辐射的TiO2表面得以实现和加速。所以有望利用太阳能作为激活光催化的光源，而成为目前研究和应用最广泛的光催化剂。
纳米TiO2在废水废气净化、光能转换、抗菌除臭等领域具有广泛的应用。而且因其具有粒径小，比表面积大，磁性强，光催化、吸附性能好，吸收紫外线能力强，表面活性大，热导性和分散性好，所制悬浮液稳定等优点，使其在环境保护、信息材料、能源、医疗卫生等方面具有广泛的应用。
近年来，通过研究者进一步研究光催化机理，发现TiO2还具有超亲水性，在玻璃、瓷砖、镜面、铝合金建材表面涂层等的表面经一定波长的光照射后具有易洗、防污垢沉积、易干等“自洁”功能。
在投入规模化工业应用的研究中，有以下因素制约了TiO2的发展：TiO2仅能吸收利用太阳光中的紫外光，对太阳能的利用效率较低；半导体载流子的复合率很高，造成量子效率较低；TiO2粉末在使用中回收率较低；在固定相体系中，固化条件相对苛刻和光催化活性下降等。光催化剂作为光催化技术的核心部分，是决定光催化过程能否实际应用的关键因素。因此提高TiO2的光催化活性和对太阳光的利用率是当前催化研究中最为重要的研究课题。
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