什么是半导体，什么是光催化，什么是半导体与光催化

①从物理意义上说半导体是介于导体与绝缘体之间的材料。②光催化是在一定波长光照条件下,半导体材料发生光生载流子的分离,然后光生电子和空穴在与离子或分子结合生产具有氧化性或还原性的活性自由基,这种活性自由基能将有机物大分子降解为二氧化碳或其他小分子有机物以及水。③在反应过程中这种半导体材料也就是光催化剂本身不发生变化.一般用于做光催化剂进行光催化反应的材料都是半导体材料或具有半导体特性的物质。

光催化是纳米半导体独特性能之一。 就目前普遍采用的锐钛型纳米 TiO 2 光催化剂来说 , 其粒子的能带结构是由填满电子的低能价带和空的高能导带构成 , 且价带和导带之间存在禁带。 应当以光子能量等于或大于TiO2 禁带宽度能量 (3.2eV) 的光 , 尤其是在紫外光线的照射下, 处于价带上的电子就会激发跃迁到导带上, 从而分别在价带和导带上产生高活性的光生空穴 (h + ) 和光生电子 (e - ), 光生空穴具有氧化性, 而光生电子则具有还原性。 此时的 h + 和 e - 存在两种可能, 一是二者复合, 将吸收的光能以热的形式释放, 使光催化效率降低二是在外电场作用下,h + 和 e - 发生分离, 并迁移到粒子表面的不同位置, 将吸收的光能转换成化学能。实验表明, 吸附在 TiO2 表面的 O2 可吸收 e - 反应生成过氧化物离子自由基。 在 pH<4 条件下 ,H+ 与过氧化物离子自由基可在形成 H2O2 的基础上进一步转化为 OH。OH 作为强氧化剂, 可进一步与大多数有机污染物、细菌、 病毒及部分无机污染物作用, 最终使其氧化分解为 CO2 和 H2O 及无机物等无害物质。 对于半导体的光催化活性, 则主要取决于导带与价带的氧化还原电位, 价带的氧化还原电位越正, 导带的氧化还原电位越负, 则光生空穴和光生电子的氧化及还原能力就越强, 从而使光催化降解污染物的效率大大提高。此外, 许多有机物的电位比半导体的价带电位更负些, 因此, 有机物直接被 h + 氧化也是可行的。 而表面具有很强还原能力的高活性 e - , 则可还原去除水中的金属离子, 从而实现了光能与化学能的转换。

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