光催化1光催化机理2催化剂种类3光催化反应设备4光催化影响因素5催化剂掺杂光催化机理普遍接受的光催化原理是:半导体光催化剂在能量等于或大于其禁带宽度的光辐射时,电子从最高电子占据分子轨道(HOMO),即价带VB顶,受激跃迁至最低电子未占据分子轨道(LUMO),即导带CB底,从而在价带留下了光生空穴h+,导带中引入了光生电子e-。光生空穴h+和电子e-分别具有氧化能力和还原能力。由于半导体能带的不连续性,电子和空穴的寿命较长,它们能够在电场作用下或通过扩散的方式运动,与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应,或者被表面晶格缺陷俘获。空穴和电子在催化剂粒子内部或表面也可能直接复合。光生空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的OH-或H2O发生作用生成HO。HO是一种活性很高的粒子,能够无选择地氧化多种有机物并使之矿化,通常认为是光催化反应体系中主要的氧化剂。光生电子也能够与O2发生作用生成HO2和O2-等活性氧类,这些活性氧由基也能参与氧化还原反应。以TiO2为例TiO2+hv→TiO2(e-,h+(1)e-+h+→heatorhv(2)h++OH-ads→HO(3)h++H2Oads→HO+H+(4)e-+O2→O2-(5)HO能与电子给体作用,将之氧化,e-能够与电子受体作用将之还原,同时h+也能够直接与有机物作用将之氧化:HO+D→D++H2O(6)e-+A→A-(7)h++D→D+(8)光催化氧化剂光催化氧化反应体系的主要氧化剂究竟是HO还是空穴,一直存在争论,许多学者觉得HO起最大的作用。ESR研究结果证实了光催化反应中HO及一些活性氧自由基的存在。但空穴对有机物的直接氧化作用在适当的情形下也很重要,特别是一些气相反应,空穴的直接氧化可能是其反应的主要途径。不同的情形下空穴与羟基自由基能够同时作用,有时溶液的pH值也决定了羟基自由基还是空穴起主要作。1,2,4三羧基安息香酸光催化降解时认为羟基自由基与空穴的作用是一个互相竞争的过程。但是也有许多学者觉得空穴的作用更重要。通过测定反应过程中HO和空穴的量子产率来推测它们在反应中所起的作用,结果发现HO的产率为710-5,10-2,一般的光催化反应其量子效率在~10-2这一数量级,由此认为空穴是光催化反应的主要物质。光催化反应位置对光催化反应发生的位置是在催化剂表面还是溶液中也存在争论。从许多光催化反应动力学符合Langmuir-Hinshelwood模式,以及反应物在催化剂表面的吸附符合Langmuir等温式来看,更有理由认为反应发生在催化剂的表面位置。但由于电子受体只有在吸附发生后才能够有效与电子作用而抑制载流子复合,那么反应动力学符合L-H模式只能说明HO的生成速率与表面吸附的相关性,而不能充分说明其反应发生的位置在催化剂表面与否。Turchi等则观察到HO在溶液中能扩散几个埃的距离,如果反应的确是由HO而不是空穴起决定作用,那么反应的位置应该是在催化剂表面及近表面的溶液附近。Yang等则由反应物吸附50%下降到近于0%而总反应速率只降了一部分,提出有两条互相独立的反应路径:一为表面反应,另一为溶液反应。光催化催化剂种类从理论上讲,只要半导体吸收的光能(hv)不小于其带隙能(.),能足以激发产生电子和空穴,该半导体就非常有可能用作光催化剂。由于涉及到材料成本、化学稳定性、抗光侵蚀的能力及光匹配性能等多种因素,真正实用的尚须优化研究。新型可见光响应光催化剂的研究目前有两大思路:一种是对TiO2的修饰改性使其响应波长红移至可见光区,主要有金属非金属掺杂、染料光敏化、窄带半导体(CdS等)复合以及金属络合物敏化等手段。另一种是设计新型的可见光响应半导体光催化材料,这一思路涉及化学、物理、材料和光电子等多学科的交叉,更富有挑战性,成为光催化剂研究的重要课题和新的热点。新型窄禁带半导体光催化剂1ABO3钙钛矿型复合氧化物CaTiO3、CdTiO3、PbTiO3等。氧的2p轨道构成价带,B离子的d轨道构成导带,其禁带宽度主要与A-O、B-O的电负性差值有关2可见光响应的单相光催化剂CdS(215eV)、Fe2O3(212eV)和Cu2O(210eV)]等氧化物(硫化物)窄禁带半导体,都能够被可见光激发而进行光催化分解水或降解有机污染物,且其结构相对比较简单,容易制备。光催化光催化反应设备1间歇式反应器多为透光效果好的玻璃管或水槽,结构相对比较简单,较适合于实验室研究和小批量的物料处理。间歇式反应器每次处理定量的样品,操作十分便捷。优点光催化剂多以分散状均匀分散在体系中,与反应介质接触面积大,对紫外光的吸收效率高。缺点在于反应结束后催化剂微粒的回收十分艰难,若要对产物分离纯化也很不便,不适宜于大批量物料的处理。光催化反应设备2连续式反应器催化剂多以