光催化劑的材料，即光催化劑

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世界上可以用作光催化劑的材料很多，包括鈦白粉、氧化鋅、氧化錫、二氧化鋯、硫化鎘等氧化物硫化物半導體，其中鈦白粉因其氧化能力強、化學性質穩定無毒而成為世界上最受歡迎的奈米光催化劑材料。 早期也曾使用硫化鎘和氧化鋅作為光催化劑材料，但由於這兩者的化學性質不穩定，光溶解會與光催化同時發生，有害金屬離子的溶解具有一定的生物毒性，因此發達國家很少將其用作民用光催化材料， 並且仍在使用一些工業光催化領域。

鈦白粉是一種具有銳鈦礦、金紅石型和板式鈣鈦礦三種晶體結構的半導體，其中只有銳鈦礦型結構和金紅石型結構具有光催化效能。

包括鈦白粉、氧化鋅、氧化錫、二氧化鋯、硫化鎘等氧化物硫化物半導體。

光催化材料是指在光的作用下通過光通過這種材料發生光化學反應所需的一類半導體催化劑材料。

典型的天然光催化劑是葉綠素，在植物的光合作用中，它促進空氣中的二氧化碳和水合合成成氧氣和碳水化合物。 一般來說，奈米光觸媒技術是一種奈米仿生技術，應用於環境淨化、自潔材料、先進新能源、癌症治療、高效抗菌等許多前沿領域。

光催化和金屬催化都是提高反應速率的方法，但它們在以下方面有所不同：

1.不同型別的催化劑：光催化使用半導體材料或染料等能吸收可見光、消除馬鈴薯或紫外線並產生電子-空穴對的物質作為催化劑; 另一方面，金屬催化使用金屬離子和合成有機配位體系作為催化劑。

2.反應條件不同：光催化需要以特定波長照射，以激發電子-空穴對進行反應。 另一方面，金屬催化通常在室溫下進行，可以通過調節溫度、壓力等反應條件來控制反應速率。

3.不同的應用領域：光催化因其特殊的效能，主要應用於環境汙染治理、水處理、新能源開發等領域; 金屬催化廣泛應用於有機合成、醫藥製造和精細化工等領域。

4.反應機理不同：雖然兩種方法都通過提高活性中間體的濃度來加快反應速度，但具體的反應機理存在差異。

例如，在氧還原過程中，光氧合會產生自由基羥基（·OH），會降解汙染物;當銅離子參與醯胺鍵斷裂時，可能會形成Cu（II）和Cu（I）迴圈等複雜結構。

綜上所述，雖然這兩種方法都可以提高反應速率並有一些重疊，但在實踐中它們往往相輔相成。 但它們之間仍然存在顯著差異。

光催化的應用如下：

光催化能將太陽能轉化為化學能，如光解水產生氫氣、光還原二氧化碳等，如果能夠大規模應用，將有效緩解上述矛盾。 此外，光催化還可以利用太陽能降解有機汙染物，減少重金屬離子，實現自潔，因此也是一種理想的環境汙染控制技術。 光催化在能源和環保領域顯示出巨大的應用前景。

光催化因其利用光能殘餘和室溫完成深層反應的特點，已成為科學研究領域最活躍的研究方向之一，並在該領域的基礎研究中獲得了許多重要獎項。 特別是自本田-藤島效應被發現以來，半導體光催化技術吸引了一大批學者從事該領域的科學研究。

隨著研究概念的擴充套件和深度，光催化研究已擴充套件到能源、健康、環境、汙染控制、合成等多個領域。 相信光催化技術因其廣闊的前景，最終將給我們的生活帶來巨大的好處。

光催化臭氧氧化是應用於大氣汙染治理的新技術，其原理是利用光催化劑的特性，在紫外線照射下激發活性氧，形成一系列自由基，通過氧化反應將有害物質轉化為無害物質。

奈米光催化劑是汙染物的克星，其作用機理很簡單（如下圖所示）：奈米光催化劑通過特定波長的光的照射來刺激"電子乙個空穴"是的（高能粒子），這種"電子乙個空穴"對周圍的水和氧作用後，具有很強的氧化還原能力，能直接將空氣中的甲醛、苯等汙染物分解成無害無味的物質，並破壞細菌的細胞壁，殺滅細菌，分解其絲網細菌，從而達到消除空氣汙染的目的。 具體來說，如果光子的能量大於半導體的帶隙寬度，價帶中的電子（e-）將被激發到導帶，價帶中將產生空穴（h+）。

光生空穴對襪子具有很強的氧化能力，光生電子具有很強的還原能力，它們可以遷移到半導體表面的不同位置，與吸附在表面的汙染物發生氧化還原反應。

使用奈米半導體顆粒[1]作為光催化劑的理論基礎是，一方面，量子尺寸效應擴大了半導體的能隙，導帶電位變得更負，而價帶電位變得更正。 這使其具有更強的氧化還原能力; 另一方面，奈米粒子的比表面積比常規材料大得多，一粒公尺粒大小的奈米材料的表面積將相當於乙個足球場的大小。 而且，粒徑越小，電子-空穴復合的機會越小，電荷分離的效果越好，導致催化活性的提高。

新型氧奈米催化分解技術是通過特殊工藝燒結超大比表面積和輕質碳基底的奈米級鈦白粉材料，並完成了材料的量產，從而徹底解決了傳統催化技術效率低的問題。