1。1 半导体光催化材料

     在光照射条件下，半导体光催化材料被光子所激活，电子发生跃迁后产生相应的空穴，光生电子和空穴的迁移使材料表面能够发生强的氧化还原作用，因此在光催化下反应体系将吸收的光能直接转化为化学能，从而催化许多难以发生的反应的进行[3]。目前以TiO2、ZnO、ZnS、CdS、Ta2O5、SrTiO3为代表的等一系列半导体光催化材料的光催化性能都已经得到系统的研究，但量子产率低、太阳能利用率低及回收困难等等缺点还是光催化技术广泛应用于实际的一些急需解决的问题。

1。1。1 半导体光催化机理

    半导体材料的能带结构区别于绝缘物质和金属，它由填满电子的低能价带（valence band,VB）和无电子的高能导带（conducetion band,CB）构成，而低能价带和高能导带之间的能带不能填充电子，我们称之为禁带（ForbiddenBand, BandGap）[4]。研究表明，半导体的光吸收阈值与带隙能之间的关系可以用等式K=1240/Eg(eV)来描述，又因为常用的半导体光催化剂均为金属氧化物与金属硫化物之类的n型半导体材料，所以这类半导体带隙较宽，其吸收波长阈值大都在紫外区域。当照射光的能量等于或者大于此半导体材料带隙（即禁带宽度，Eg）的时候，价带上的电子（e-）就被激发而跃迁到导带上，而价带因为失电子从而产生相应的空穴(h+)[5]。此空穴可在电场作用下移动至粒子的表面区域，这个空穴称为光生空穴。这个空穴具有强的电子能力与强氧化性，如运用到水分解反应中，光生空穴就可以吸附催化剂表面的水和氢氧根粒子，氧化成氢氧自由基（式1-1）。与此同时，电子能与催化剂表面的氧气发生反应，形成超氧子自由基（式1-2）和过氧自由基（式1-3）。超氧子自由基和过氧自由基具有强氧化性，所以可以把光催化剂表面的有机物分解成基本的二氧化碳分子和水分子，甚至对有些无机物也有分解效果。

图1。1 半导体光催化机理

1。1。2 影响半导体光催化活性的因素 

（1）半导体的能带位置

半导体的带隙宽度很大程度上影响了光催化剂的光吸收能力。一般来说，半导体价带电势越高，则对应的光生空穴的氧化能力会越强，而导带电势越负，则对应的电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好，光生电子和空穴分离程度高，载流子迁移速度快，从而有利于氧化还原反应的发生。将光催化剂用于分解水制氢时，产生H2的条件是材料的导带底位置必须比H+/H2O(-0。41eV)的氧化还原势负，产生O2的必要条件是价带的必须比O2/H2O(+0。82eV)的氧化还原势正[6]。因此，适宜的导带以及价带位置是水在光照条件下分解反应的必要条件。在超电压存在的情况下，半导体的禁带宽度Eg的数值理论上应大于1。8eV。近年来，常用的半导体催化剂大部分都有着很大的禁带宽度，将较强的氧化还原能力赋予了电子-空穴对[7]。

（2）形貌

根据半导体光催化剂的形貌不同，反应体系之中电子-空穴对的浓度也有较大的差异。即使催化剂的大小比较接近，多数情况下其催化剂性能的差别也还是比较大。当前光催化剂改性的一个重点就是通过不同的实验条件来合成不同形貌的光催化剂，从而达到增强催化性能的目的。论文网

（3）晶型

经典的二氧化钛光催化剂有三种晶型，分别为锐钛矿型（Anatse），金红石型(Rutile)和板钛矿型(Brookite)，实验表明，除了板钛矿型结构不稳定之外，锐钛矿型二氧化钛比金红石型二氧化钛的光催化能力更强[8]。而对于其他典型光催化剂，根据其晶型的差异，其光催化能力也有比较大的差别。