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半導體光催化的原理
發(fā)布者：管理員 發(fā)布時(shí)間：2023-09-11 16:25:42 瀏覽次數：968
目前半導體光催化的機理主要依據半導體的能帶結構提出的,半導體光催化的過(guò)程比較復雜，具體分三個(gè)主要的過(guò)程：
1）半導體在光激發(fā)下產(chǎn)生光生載流子：不同于具有連續電子態(tài)的金屬，半導體具有一個(gè)充滿(mǎn)電子的價(jià)帶(VB)和空的導帶(CB)，充滿(mǎn)電子的最高能級為價(jià)帶頂，最低的空能級為導帶低，價(jià)帶頂和導帶低之間的能級差為半導體的禁帶寬度(Eg)，其決定了半導體光學(xué)吸收范圍。如圖 1-1，在具有大于禁帶寬度能量的光照射下，半導體價(jià)帶上的電子吸收一個(gè)光子后躍遷到導帶，同時(shí)在價(jià)帶上會(huì )形成一個(gè)空穴，在半導體內部形成具有高活性的載流子一光生電子和空穴。
2）載流子遷移在半導體內的遷移：半導體光催化為異相光催化過(guò)程，催化反應發(fā)生在半導體顆粒的表面。光生電子和空穴需要從半導體顆粒的內部遷移到表面進(jìn)行反應。光生電子和空穴生成后很容易在半導體內部(e)或者半導體的表面發(fā)生復合(a)，以光能或熱能損失掉。只有遷移到半導體顆粒表面且沒(méi)有發(fā)生復合的電子(d)和空穴(b)才能進(jìn)一步參與光催化反應。
3）載流子在半導體表面發(fā)生氧化還原反應：當半導體表面存在捕獲劑或者表面缺陷時(shí)，擴散到表面的光生電子和空穴可能被捕獲，抑制電子空穴的復合,促進(jìn)電子和空穴在表面發(fā)生氧化-還原反應。光生空穴具有很強的氧化性，可以直接參與氧化反應，也可以與吸附在表面的 HO-形成羥基自由基·OH氧化降解有機污染物。遷移到表面的光生電子具有很強的還原性，很容易被溶液中的 O2，結合形成超氧自由基·O2-等活性基團，也可以直接還原水產(chǎn)生氫氣。光生電子和空穴的氧化還原能力與半導體本身的能帶位置和被吸附物的氧化還原電位有關(guān)。
目前泰坦新材公司已經(jīng)合成了磷酸銀、釩酸銀等多種銀基半導體光催化劑，并已經(jīng)實(shí)現公斤級量產(chǎn)，泰坦新材正在不斷研究半導體光催化領(lǐng)域知識，并且在不斷研制開(kāi)發(fā)新的半導體光催化產(chǎn)品。
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