光電催化（huà）的曆史
  光電（diàn）催化（huà）技術是通過催化劑利（lì）用光子能量，將許多需要苛刻條件下發（fā）生（shēng）的化學反應轉化為在溫和的環境下進行反應的先進技術。它作（zuò）為一（yī）門年輕的學科，涉及半導（dǎo）體物理、光電化學、催化化學、材料科學、納米（mǐ）技（jì）術等諸多領域，在能源、環境、健康等人類麵臨的重（chóng）大問題方麵均有應用前景，一直是（shì）前沿科（kē）學技術領域的研（yán）究熱點之一。
 
光電催化現象的發現
  早在上（shàng）世紀30年代（dài），發現在氧氣存在以及在紫外光輻照的情況下，TiO2對染料具有漂白作用以及對纖維具有降解作用的現象，並且證實反應前後TiO2保（bǎo）持穩定。但是由於當時半導體理論和（hé）分析技（jì）術的局限性，這種現（xiàn）象被簡單的歸因（yīn）為是紫外光誘促使（shǐ）氧（yǎng）氣在TiO2表（biǎo）麵上產生了高（gāo）活性的氧物（wù）種所致。而且由於當時社會對能源和環境問題的認識還遠沒有（yǒu）今天深入，因而這種現象的（de）發現並沒有引起人們足夠的重視。
 
能源危機帶來的發展機遇
  七十年代初（chū）期，正值高速發展的西方（fāng）社會遭遇有（yǒu）史以來最嚴重的石油（yóu）危機，嚴重製約了其經濟發展。氫能作（zuò）為一種可替代石油（yóu）的未（wèi）來清潔能源，開始（shǐ）受（shòu）到世界（jiè）各（gè）國政府和科學（xué）家的關注。1972年，Fujishima和Honda在Nature雜誌上（shàng）發表了在近紫外光照射下，TiO2電極分解水產生（shēng）氫氣的論文。其文中提出的利用太陽光催（cuī）化分解H2O製H2被認為是最佳製氫途徑之一（見圖1）。這種將太陽能轉化為化（huà）學能的方（fāng）法迅速成為極富（fù）吸引（yǐn）力的研究方（fāng）向，各發達國家和一（yī）批知名科學家均投入這一領域的研究。
 

圖1 光電催化製（zhì）氫的循環利用途（tú）徑
 
光催（cuī）化劑和光電催（cuī）化反應
  光電（diàn）催（cuī）化劑是（shì）指在光的輻照下，自（zì）身不起變化，卻可以（yǐ）促進化學反應的物質。促進化合物的合（hé）成或使化合物降解的（de）過（guò）程稱之為光催化反應。光催化反應利用光能轉換（huàn）成為（wéi）化學反應所需的能（néng）量，來產生催（cuī）化作用（見圖2）。它在自然界中最具代表性的例子為植物的“光合作用”。
 

圖2 光電催化反應和光合作用示意圖
 
  光電催化劑中（zhōng）目前研究和應用最廣泛的是半導體光催化劑，其代表是（shì）TiO2。半（bàn）導體在光激發下，電子從價帶躍遷到導帶位置，在導帶形成光生電子（zǐ），在價帶形成光生空（kōng）穴（xué）。利用（yòng）光生電子-空（kōng）穴對的還原和氧化性（xìng）能，可以光（guāng）解水製備（bèi）H2和O2，還原二氧（yǎng）化碳形成有機物，還可以使氧氣（qì）或水分子激（jī）發成超氧自由基及羥基自由基等具有強氧化力的自（zì）由基，降解環境中的有機汙染物，不（bú）會造成資源浪費與形成二次汙染。
 
光電催（cuī）化（huà）的發展趨勢
  光電（diàn）催化技術是近年來國際上最活（huó）躍的研究（jiū）領域之一，但（dàn）是目前主要以（yǐ）TiO2半導體為基（jī）礎的光催化技術還存（cún）在著如量子產率低、太陽（yáng）能利用率低及（jí）回收（shōu）困難等幾個關鍵的科學技術難題，使其在工業上廣泛應用受到極大製約。以上問題的根本解決有賴於基礎研究的深入，如提高光催化反應的活性，提高光量子產率，拓展光吸收波長等（děng）。盡管目前看來，光催化技術離大規模生產和應用還有一（yī）段距離，但是其所顯示的巨大潛在優（yōu）異性能是不容忽視的。因此（cǐ），在不久的將來，伴隨（suí）著這些關鍵問（wèn）題的突破，納米光催化（huà）材（cái）料的實際應（yīng）用必將得到實現（xiàn），並改善我們的（de）生存環境，給我們的日常生活帶來更多（duō）的便利。

光電催（cuī）化相關推（tuī）薦
光解水，材料表征，材料評價，光（guāng）催化（huà），太陽能（néng）模擬器（qì），熱催化，光化學（xué）