这些研究都证明了有机污染物可通过氧化反应被降解，人类的光降解历史也因此而被推动。80-90年代，光催化降解技术被广泛推广展开，种种瓶颈也被打破，是此项研究的一个活跃期。[5-7]

随着全世界各国对于此项技术的愈发重视及更加深入地研究，半导体催化剂光降解有毒物质或有机污染物已被认为是一种有效的保护环境的手段。[8]

1.2 半导体光催化的基本原理

    根据能带理论，金属晶体中的能带结构在绝大多数的情况下必然是由一个被电子所填满的低能价带(英文为Valent Band,简称 VB)和一个不具有电子的高能导带(英文为Conduction Band, 简称CB)构成的，价带与导带之间所具有的能级差被称为禁带，其间所具有的能级差的大小数值被称为禁带宽度(英文为Bandgap, 简称Eg )。

光催化反应的原理用简要的话来说的就是，某些半导体材料。如TiO2(如今人们研究最多光催化降解污染物的物质），BiPO4（目前正在研究的物质）等，在紫外光或可见光的照射下，发生一系列反应从而是污染物中的污染物或有毒物质催化降解的现象。

如图1.1为半导体光催化剂可能的光催化反应机理。[9-11]

图1-1 半导体光催化剂的的催化机理

其中反应步骤为：

（1） 紫外光或可见光照射到半导体材料表面时，如果光所带的能量大于其禁带宽度的大小，则会发生电子跃迁现象。即价带电子（e-）受到激发而迁移到导带，留下一个空穴（h+），因此形成一个光活性很强的电子-空穴对。

（2） 电子-空穴对在由于材料本身的电场或由材料本身性质决定的扩散力的作用下分离，迁移至半导体材料的表面。

（3） 迁移至半导体材料表面的电子-空穴对与吸附于表面的说和污染物发生氧化还原反应降解污染物。

 因此说到底，是依靠光激发半导体而发生氧化还原反应从而分解污染物，生成无污染的物质。而半导体材料在其中扮演催化剂的角色。

    以最为典型的光催化材料TiO2为例，以下为反应所涉及的公式[12,13]：

  就一般情况而言，价带顶(VBT)正极性越强，光照所生成空穴的氧化能力越

强，导带底(CBB)负极性越强，则所生成的电子还原能力越强。导带或价带的离域性越强，半导体材料所生成的电子或空穴的迁移能力越强，即光催化性能越强。因此，我们在常用的光催化剂如TiO2中掺杂C[12-13]，N[14-15]，S[16-17]，P[18-19]，Cl[20]等非金属元素与非金属元素共同掺杂，或金属与非金属元素共同掺杂[21-25]，从而降低能带间隙。通过对光催化剂进行如Fe,Ag,Pt,Cu等金属负载，从而提高催化剂的活性，达到提高光催化效率的目的。

1.3 光催化剂种类

PS-PS体系：将两种半导体固-固接触，可通过离子间的静电吸附（物理方法）和多向的成核生长（化学方法）

常见的有：TiO2-C3N4,TiO2-TdS,ZnO-CdS

PS-C-PS体系:无A/D电对，利用导体C作为电子传递媒介。

常见的催化剂：

TiO2-Au-CdS

TiO1.96C0.04-Au-Pt/CdS（由于TiO2对可见光的吸收能力弱，所以加入C，改变禁带宽度与位置）

AgBr-Ag-AgI（主要用于污染物的降解，将AgBr-AgI复合材料在氙灯下照射几秒钟，Ag纳米粒子便在AgBr与AgI的接触界面上形成）

1.4 影响光催化性能的因素

通过之前的原理可知，对光催化材料的催化性强度起着决定性的作用要素为：

自由基的生成量