半导体光催化反应过程如下：（1）T 半导体吸收光，从而产生电子和空穴 的过程；（2）电子与空穴表面复合过程（3）电子和空穴体内复合过程（4）还 与氧化过程。

光催化原理如图 1。1 所示。

图 1。1 光催化反应机理

1。2。4 光催化剂存在的问题

目前应用比较多的光催化剂为金属氧化物和硫化物半导体材料。如 WO2、 ZnS、TiO2 等等，它们具有较高的禁带宽度，能够令化学反应在比较广的范围内 进行。在上述单一化合物半导体材料当中，金属硫化物以及氧化铁的多晶型物容 易受到光阴极腐蚀而影响到它的活性以及寿命，所以都不是最好的光催化材料。 而 ZnO 性质不稳定。所以目前应用最多的光催化计主要是 TiO2 系光催化剂。虽 然 TiO2 作为光催化剂与其他的材料相比有很多优点：例如：价格便、无毒、稳 定结构简单等等，但是它也并不是完美的，在实际应用中还是存在许多限制：它 只能吸收光的紫外区，但地球表面的太阳光中紫外辐射不足 5%，也就是说 TiO2 对太阳能的利用率非常低；TiO2 产生的光生电子以及空穴的转移速度很慢并且复 合概率高，使得 TiO2 的光催化效率并不高；光催化剂负载技术不完善，催化剂 以及光源的利用率也不高[7]。论文网

1。2。5 影响半导体光催化反应的因素

(1) 催化剂结构的影响。

晶相结构：TiO2 有锐钛矿以及金红石型两种晶型，但是锐钛矿型的光催化活 性更好。研究发现，将两种晶型相结合可以形成催化催化活性更高的光催化剂[8]。

晶格缺陷：它是光催化反应的活性位，有缺陷的间距比没有缺陷的小很多， 所以对羟基的吸附活性也增加。但是缺陷过多反而会降低反应的活性[9]。

晶面：光催化剂晶面上的粒子排布不一样，其光催化活性以及选择性也都大 不相同[10]。

单晶纳米线结构：Peidong Yang 等利用 SLS 法制备出了 Gap 纳米线，提高

了其光解水产氢的活性[11]。

（2）粒径的大小对光催化活性也有很大的影响[12]。比如纳米二氧化钛有比 体相二氧化钛更强的光催化氧化还原能力[13]。对于光催化而言，催化剂的比表面 积可能并没有什么影响，但对于气相和固相来说比表面积越大，催化性能越好[14]。 温度对光催化反应的影响比较小。对于不同的光催化剂，PH 值对它们的影响也 都不一样，原因是不同的光催化剂表面的零点电位也都不一样，因此在实验当中， 如何优化得到我们理想的 PH 值显得尤为重要[15]。

（3）开发合成新的光催化剂，探寻催化效率高、太阳能利用率强、廉价的 光催化剂成为了光催化领域的研究重点。目前最普遍的半导体光催化材料是无机 化合物，它包括：氮化物、金属氧化物、磷化物等等。苏州大学康教授开发了一 种新型的光催化剂[16]。氮化碳纳米复合物，它具有很多优点，如：催化活性稳定、 价格便宜、储备丰富等等优点，是目前催化效率最高的催化剂。日本工业大学研 发出一种可以用太阳光将二氧化碳转化成一氧化碳的新型光催化剂，将钌错合物 与赉错合物合在一起，一氧化碳是可以作为工业燃料，也可以作为工业原料[17]。 2008 年，王心晨等研究发现氮化碳在可见光条件下可以光解水产氢和氧[18]。这 些新型非金属半导体光催化剂的发现，近年来引起了科学家的广泛关注[19]。

1。3 氮化碳光解水产氢

1。3。1 研究背景

最近，使用无金属石墨相氮化碳（g-C3N4）作为光天线调解人工光合作用的 电子和能量转移在多相光催化方面有显著的进展 。g-C3N4 具有合适的电子结构