光化學/光催化原理

上海豫明儀器有限公司光化學反應儀半導體光催化劑大多是硫族化合物半導體（當前以為TiO2使用zui廣泛）都具有區別于金屬或絕緣物質的特別的能帶結構,即在價帶（ValenceBand,VB）和導帶（ConductionBand,CB）之間存在一個禁帶（ForbiddenBand,BandGap）。由于半導體的光吸收閾值與帶隙具有式K=1240/Eg（eV）的關系,因此常用的寬帶隙半導體的吸收波長閾值大都在紫外區域。當光子能量高于半導體吸收閾值的光照射半導體時,半導體的價帶電子發生帶間躍遷,即從價帶躍遷到導帶,從而產生光生電子（e-）和空穴（h+）。此時吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負離子,而空穴將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成氫氧自由基。而超氧負離子和氫氧自由基具有很強的氧化性,能將絕大多數的有機物氧化至zui終產物CO2和H2O,甚至對一些無機物也能*分解。

光化學及光催化氧化法是目前研究較多的一項氧化技術。所謂光催化反應，就是在光的作用下進行的化學反應。光化學反應需要分子吸收特定波長的電磁輻射，受激產生分子激發態，然后會發生化學反應生成新的物質，或者變成引發熱反應的中間化學產物。光化學反應的活化能來源于光子的能量，在太陽能的利用中光電轉化以及光化學轉化一直是十分活躍的研究領域。
　　光降解通常是指有機物在光的作用下，逐步氧化成低分子中間產物zui終生成CO2、H2O及其他的離子如NO3-、PO43-、Cl-等。有機物的光降解可分為直接光降解、間接光降解。前者是指有機物分子吸收光能后進一步發生的化學反應。后者是周圍環境存在的某些物質吸收光能成激發態，再誘導一系列有機污染的反應。間接光降解對環境中難生物降解的有機污染物更為重要。
　　利用光化學反應降解污染物的途徑，包括無催化劑和有催化劑參與的光化學氧化過程。前者多采用氧和過氧化氫作為氧化劑，在紫外光的照射下使污染物氧化分解；后者又稱光催化氧化，一般可分為均相和非均相催化兩種類型。均相光催化降解中較常見的是以Fe2+或Fe3+及H2O2為介質，通過photo-Fenton反應產生·HO使污染物得到降解，非均相光催化降解中較常見的是在污染體系中投加一定量的光敏半導體材料，同時結合一定量的光輻射，使光敏半導體在光的照射下激發產生電子-空穴對，吸附在半導體上的溶解氧、水分子等與電子-空穴作用，產生·HO等氧化性*的自由基，再通過與污染物之間的羥基加和、取代、電子轉移等式污染物全部或接近全部礦化。

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