碳量子点BiOCl复合材料的光催化性能研究(3)
具有光催化活性的半导体的光催化技术在降解有机污染物方面的研究越来越复杂，越来越先进。许多难降解的有机污染物用该方法处理后污染程度大幅度降低，并不产生二次污染。故其在处理有机成分复杂的难于降解的染料废水方面有着不可估量的现实意义。用光催化氧化技术来处理各种难降解的有机染料废水已成为人们研究的重点问题。光催化技术是氧化技术的优化，该项技术最突出的优点就是能克服传统的氧化技术耗能，操作非常复杂并且氧化很不彻底的缺点，最终将有机污染物降解为污染程度非常小甚至无污染的小分子物质。
尽管光催化在环境净化领域极富有吸引力和发展潜力，但是尚未能实现大规模的应用，其核心问题是对太阳能的利用率不够高、光催化效率较低。目前国内外光催化材料的研究主要集中于TiO2基纳米材料[4]。但是TiO2由于带隙较宽(3.2eV)，它仅能吸收太阳光中4%左右的紫外光，对太阳能的利用率低，这给实际应用带来了很大局限[5， 6]。而主要集中在400～700nm的可见光，达太阳光总能量的43%。
它直接可以利用太阳能这种清洁可再生型能源并通过光催化进行环境污染方面的治理。因此研制出可见光响应的光催化剂是提高对太阳能的利用率，实现光催化技术产业化并加以应用。
由于近年来环境污染问题引起了人们越来越多的关注，半导体光催化成为污染控制化学研究的一个新热点，具有极大的研究潜力和良好的应用前景。
具有光催化活性的半导体的光催化技术在降解有机污染物方面的研究越来越大量。能够克服传统氧化技术高耗能、操作复杂而氧化程度不彻底的明显缺点，是该项技术最突出的优点。许多降解难的有机污染物在用该方法处理后污染程度大幅度降低，最终能将有机污染物降解成为污染程度较小甚至无污染的小分子物质，并且没有二次污染。
故其在处理有机成分复杂的难降解废水方面有着难以估量的现实意义。
1.2 半导体光催化的基本原理
图1-1 电子空穴分离机理图
大部分的半导体光催化剂都是有特别能带结构的n型半导体，这种特别的能带结构被称做禁带，它存在于由一个空的导带和一个充满电子的价带之间的区域。这时当光来照射半导体时，如果光的能量高于半导体吸收阈值，半导体的价带电子就会发生带间跃迁，就是说从价带跃迁到导带，并且产生光生电子(e-)和空穴(h+)。
同时吸附在纳米颗粒表面上的溶解氧会俘获电子从而形成超氧负离子，那么空穴将吸附存在于催化剂表面的水和氢氧根离子，将它们氧化成氢氧自由基。而且据研究发现氢氧自由基和超氧负离子具有较强的氧化性，它能将大多数的有机物氧化成最终产物H2O和CO2，它甚至能将一些无机物彻底分解。
图1-2 半导体光催化反应的过程
半导体光催化反应的过程大体上可以分为三步骤：光吸收与载流子的激活、光生载 流子的分离与迁移、以及表面催化反应。当半导体表面被入射光照射时，如果半导体的禁带宽度小于光子的能量，半导体价带中的电子就会跃迁到导带中形成光生电子(e¯)。与此同时，由于电子从价带中跃迁出去，价带中会产生光生空穴(h+)。
光生电子和空穴发生分离主要有两种方式分别是受到内电场的作用或通过扩散的方式，从催化剂颗粒内部迁移向表面，但是在迁移的途中，有可能由于光催化材料颗粒内部或者表面重新复合而失去活性。光生电子空穴迁移到表面后可以进一步传到吸附在表面的一些无机或者有机污染物上，从而使光生载流子迁移到表面的速度变快。