光化學(xué)/光催化原理

上海豫明儀器有限公司光化學(xué)反應(yīng)儀半導(dǎo)體光催化劑大多是硫族化合物半導(dǎo)體（當(dāng)前以為TiO2使用zui廣泛）都具有區(qū)別于金屬或絕緣物質(zhì)的特別的能帶結(jié)構(gòu),即在價(jià)帶（ValenceBand,VB）和導(dǎo)帶（ConductionBand,CB）之間存在一個(gè)禁帶（ForbiddenBand,BandGap）。由于半導(dǎo)體的光吸收閾值與帶隙具有式K=1240/Eg（eV）的關(guān)系,因此常用的寬帶隙半導(dǎo)體的吸收波長閾值大都在紫外區(qū)域。當(dāng)光子能量高于半導(dǎo)體吸收閾值的光照射半導(dǎo)體時(shí),半導(dǎo)體的價(jià)帶電子發(fā)生帶間躍遷,即從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶,從而產(chǎn)生光生電子（e-）和空穴（h+）。此時(shí)吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負(fù)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(fù)離子和氫氧自由基具有很強(qiáng)的氧化性,能將絕大多數(shù)的有機(jī)物氧化至zui終產(chǎn)物CO2和H2O,甚至對一些無機(jī)物也能*分解。

光化學(xué)及光催化氧化法是目前研究較多的一項(xiàng)氧化技術(shù)。所謂光催化反應(yīng)，就是在光的作用下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。光化學(xué)反應(yīng)需要分子吸收特定波長的電磁輻射，受激產(chǎn)生分子激發(fā)態(tài)，然后會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)，或者變成引發(fā)熱反應(yīng)的中間化學(xué)產(chǎn)物。光化學(xué)反應(yīng)的活化能來源于光子的能量，在太陽能的利用中光電轉(zhuǎn)化以及光化學(xué)轉(zhuǎn)化一直是十分活躍的研究領(lǐng)域。
　　光降解通常是指有機(jī)物在光的作用下，逐步氧化成低分子中間產(chǎn)物zui終生成CO2、H2O及其他的離子如NO3-、PO43-、Cl-等。有機(jī)物的光降解可分為直接光降解、間接光降解。前者是指有機(jī)物分子吸收光能后進(jìn)一步發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。后者是周圍環(huán)境存在的某些物質(zhì)吸收光能成激發(fā)態(tài)，再誘導(dǎo)一系列有機(jī)污染的反應(yīng)。間接光降解對環(huán)境中難生物降解的有機(jī)污染物更為重要。
　　利用光化學(xué)反應(yīng)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(xué)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(zhì)，通過photo-Fenton反應(yīng)產(chǎn)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(dǎo)體材料，同時(shí)結(jié)合一定量的光輻射，使光敏半導(dǎo)體在光的照射下激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對，吸附在半導(dǎo)體上的溶解氧、水分子等與電子-空穴作用，產(chǎn)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(zhuǎn)移等式污染物全部或接近全部礦化。

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