光触媒的概念

　　光 触媒 (Photocatalysis) 是一种以二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称。这种材料在光的照射下，利用特定波长光源的能量来产生触媒的作用，使周围氧气及水分子激发成极具活性的 .OH 及 O₂^- ，因而具有很强的光氧化还原功能，能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，促进有机物分解，并且把有机物分解成水 [H₂O] 和二氧化碳 [CO₂] ，而自身却因不参与反应而不发生变化 。
　　 这 些氧化力极强的自由基几乎可分解所有对人体或环境有害的有机物质及部分无机物质。具有杀菌、除臭、防污、亲水、防紫外线、空气净化等功能。是目前国际上最理想的治理复合环境污染的材料。

光触媒的反应原理

　　如 下图所示，当 TiO₂ 光触媒吸收到紫外线能量之后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子 e^-，同时在价带上产生带正电的空穴 h⁺ 。在电场的作用下，电子与空穴发生分离，迁移到粒子表面的不同位置。
　　 扩 散到表面的电子 e^- 与空穴 h⁺ 能参与光触媒反应， h⁺ 可以将吸附在 TiO₂ 表面 OH^- 和 H₂O 分子氧化成 (.OH) 氢氧自由基，而氢氧自由基的氧化能力极强，（是水体中存在的氧化剂中最强的），由于氢氧自由基对反应物几乎无选择性，因而能氧化并分解各种有机污染物（甲醛、苯、 TVOC 等）和细菌及部分无机污染物（氨、 NOX 等），并将最终降解为 CO₂ 、 H₂O 等无害物质。另一方面，活性电子 e^- 则与附在表面的氧气起还原反应后，生成（ O₂^- ）活性氧。活性氧与氧化反应的中间体发生反应形成氧化物，或通过二氧化氢变成水。应用以上原理，光触媒被广泛应用于净化空气、杀菌、除臭、空气净化、污水处理等领域。

光触媒的反应原理图

各种氧化剂的氧化能力比较表

氧化剂	氧化能力
.OH	2.8
O3	2.07
H2O2	1.78
CLO2	1.57
HOCL	1.49
CL2	1.39