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半导体光催化原理

半导体光催化原理
与金属相比，半导体能带是不连续的，在填满电
子的低能价带(valence band,VB)和空的高能导带
(conducfion band，CB)之间存在一个禁带。用作光催化
剂的半导体大多为金属的氧化物和硫化物，一般具有
较大的禁带宽度。如TiO：，在pH=l时的带隙为3．2eV，
相当于波长为400nm的光的能量。在波长小于400nm
的光的照射下，能吸收能量高于其禁带宽度的波长的辐
射，产生电子跃迁，价带电子被激发到导带，形成空
穴一电子对，并吸附在其表面的和o2。由于能量传
递，形成活性很强的自由基和超氧离子等活性氧，诱发
光化学反应，具有光催化能力，其反应如下：H20+h =。0H-I-H
h++OH一=·0H
O2+e一=Of
· Of+H+ = ·OOH
2H：O+Or=·0H+OH_+O2
式中e一和h 分别代表晶体表面的电子和空穴，它
们与水及氧反应的产物是O：一(过氧离子)及反应活
性很高的·OOH或·OH (氢氧基)。由于生成的自由
基具有很强的氧化分解能力，其中·OH 自由基具有
402．8MJ／mo]反应能，可以破坏有机物中的C—C、
C—H、C—N、C—O、N—H键，对光催化氧化起决
定作用。氧化作用既可以通过表面键合羟基的间接氧
化，即粒子表面捕获的空穴氧化；又可以在粒子内部
或颗粒表面经价带空穴直接氧化；或同时起作用。因
而具有高效分解有机物的能力，具有**、除臭、光
催化降解有机污染物的功能。

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