一般認(rèn)為，光催化活性是由催化劑的吸收光能力、電荷分離和向底物轉(zhuǎn)移的效率決定的。當(dāng)納米半導(dǎo)體粒子受到大于禁帶寬度能量的光子照射后，電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶而產(chǎn)生了電子—空穴對。電子具有還原性，空穴具有氧化性，從而促進(jìn)了有機(jī)物的合成或使有機(jī)物降解。納米半導(dǎo)體材料的特性和催化效果各有不同，但作為光催化劑它們的催化活性與相應(yīng)的體相材料相比有顯著提高，其原理在于：①通過量子尺寸限域造成吸收邊的藍(lán)移；②由散射的能級和躍遷選律造成光譜吸收和發(fā)射行為結(jié)構(gòu)比；③與體相材料相比，量子阱中的熱載流子冷卻速度下降，量子效率提高；④納米半導(dǎo)體粒子所具有的量子尺寸效應(yīng)使其導(dǎo)帶和價(jià)帶能級變成分立的能級，能隙變寬，導(dǎo)帶電位變得更負(fù)，而價(jià)帶電位變得更正，這意味著納米半導(dǎo)體粒子獲得了更強(qiáng)的還原及氧化能力，從而催化活性隨尺寸量子化程度的提高而提高。除此以外，還在于納米半導(dǎo)體粒子的粒徑和吸收特性。 

        納米半導(dǎo)體粒子的粒徑通常小于空間電荷層的厚度。在此情況下，空間電荷層的任何影響都可忽略，光生載流子可通過簡單的擴(kuò)散從粒子內(nèi)部遷移到粒子表面而與電子供體或受體發(fā)生還原或氧化反應(yīng)。粒徑越小則電子與空穴復(fù)合幾率越小，電荷分離效果越好，從而導(dǎo)致催化活性的提高。在光催化反應(yīng)中，反應(yīng)物吸附在催化劑的表面是光催化反應(yīng)的一個(gè)前置步驟，催化反應(yīng)的速率與該物質(zhì)在催化劑上的吸附量有關(guān)。納米半導(dǎo)體粒子強(qiáng)的吸附效應(yīng)甚至允許光生載流子優(yōu)先與吸附的物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)而不管溶液中其他物質(zhì)的氧化還原電位順序。在催化反應(yīng)過程中，納米材料的表面特性和缺陷數(shù)量具有同樣重要的作用。 

        納米催化劑的催化效果還與其材料類型有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，禁帶寬度大的金屬氧化物因具有抗光腐蝕性而更具有實(shí)用價(jià)值。CdS的禁帶寬度較窄，對可見光敏感，在起催化作用的同時(shí)晶格硫以硫化物和SO₃^2-形式進(jìn)入溶液中。ZnO比TiO₂的催化活性高，但自身會發(fā)生光腐蝕。α-Fe₂O₃能吸收可見光(激發(fā)波長為560nm)，但是催化活性低。與其他n型半導(dǎo)體納米材料相比，TiO₂具有化學(xué)穩(wěn)定性好、反應(yīng)活性大等特點(diǎn)，是一種優(yōu)異的光電功能材料，并以其優(yōu)越的催化性能被廣泛應(yīng)用于污染物的降解，取得了令人鼓舞的進(jìn)展。用納米TiO₂作催化劑氧化水中污染物的試驗(yàn)是目前研究工作的熱點(diǎn)(主要圍繞不同類型污染物的降解效果這一主題，同時(shí)進(jìn)行水處理體系中TiO₂的存在形式、反應(yīng)器類型等應(yīng)用技術(shù)的研究)。研究結(jié)果顯示，納米TiO₂光催化氧化技術(shù)有良好的應(yīng)用前景。
 

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