光催化
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光催化技术原理和特征

发布时间:2021-10-23

  光催化剂纳米粒子在一定波长的光线照射下受激生成电子空穴对,空穴分解催化剂表面吸附的水产生氢氧自由基,电子使其周围的氧还原成活性离子氧,从而具备极强的氧化还原作用,将光催化剂表面的各种污染物摧毁。

  半导体光催化剂大多是n型半导体材料(当前以为TiO2使用广泛)都具有区别于金属或绝缘物质的特别的能带结构,即在价带(ValenceBand,VB)和导带(ConductionBand,CB)之间存在一个禁带(ForbiddenBand,BandGap)。由于半导体的光吸收阈值与带隙具有式K=1240/Eg(eV)的关系,因此常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外区域。当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时,半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带,从而产生光生电子(e-)和空穴(h+)。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子,而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性,能将绝大多数的有机物氧化至最终产物CO2和H2O,甚至对一些无机物也能彻底分解。

  (1) 光催化是常温深度反应的技术。光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物完全氧化成无毒、无害的物质。

  (2)光催化可利用特殊光源来活化光催化剂,驱动氧化还原反应,而且光催化剂在反应过程中并不消耗。从能源角度而言,这一特性使得光催化技术更具魅力。

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