半導體光催化技術有哪些

⑴ 半導體納米材料的光催化特性產生的原因是什麼

為了回答這個問題，需要先補充一些概念。在半導體中，電子分布在「能帶」上。在低溫、不受到任何激發的時候，電子分布在「價帶」上，處於基態。而受到激發（比如光激發）後電子就會吸收能量，如果吸收的能量量子（比如說光子）的能量大於半導體的帶隙（或者叫禁帶寬度），電子就可以躍遷到「導帶」上，處於激發態，而同時由於電子的躍遷，在價帶中就留下了一個空的位置，稱為「空穴」。價帶的最高能級與導帶的最低能級之間的部分就是禁帶，其能量差就是半導體的帶隙，在禁帶中，除非有能量陷阱，否則電子是無法在禁帶中分布的。電子要麼在價帶分布（基態），要麼在導帶分布（激發態）。而在導帶中的電子是一種高能量且不穩定的存在，它會設法躍遷回到基態，並在這個過程中釋放出能量。如果是直接帶隙半導體，則能量就可以以光子的形式輻射出來，形成發光；如果是間接帶隙半導體，則發光輻射的概率就很小，能量多會以弛豫的形式釋放出來。
而半導體納米材料的光催化特性就是源自於半導體材料會吸收光能，電子躍遷到高能態上。但僅僅如此還不能產生催化的效果。納米的尺度也是至關重要的，納米的尺度主要為其提供了一下性質：1、為材料提供了巨大的比表面積，可以讓它與被催化的物質有充分的接觸面積，提高催化的效率；2、納米尺度帶來的量子限域效應，使得電子被激發起來以後，與空穴形成的「載流子對」無法被分散，相當於把能量集中在了納米尺寸的范圍之內，提高了納米材料表面的能量密度；3、納米材料由於巨大的表面張力的存在，表面能非常高。這些因素就使得被催化的物質不僅可以大量吸附於納米材料之上，且當納米材料被光激發時，能量可以很方便地被傳遞到被催化物上。半導體納米材料先吸收光能，電子發生躍遷、與空穴分離，在電子躍遷回基態的過程中釋放出能量，這部分能量可以有效傳遞給吸附於納米材料表面的待催化物質，這樣那些待催化的物質就獲得了能量，稱為「敏化」。被敏化以後，原本難以發生的反應就會由於獲得了更高的能量而變得容易起來。這就實現了光催化。

⑵ 光催化原理的光催化應用技術

利用光催化凈化技術去除空氣中的有機污染物具有以下特點：1直接用空氣中的氧氣做氧化劑，反應條件溫和（常溫 常壓）2可以將有機污染物分解為二氧化碳和水等無機小分子，凈化效果徹底。3半導體光催化劑化學性質穩定，氧化還原性強，成本低，不存在吸附飽和現象，使用壽命長。
光催化凈化技術具有室溫深度氧，二次污染小，運行成本低和可望利用太陽光為反應光源等優點，所以光催化特別合適室內揮發有機物的凈化，在深度凈化方面顯示出了巨大的應用潛力。常見的光催化劑多為金屬氧化物和硫化物，如Tio2, ZnO,CdS,WO3等，其中Tio2的綜合性能最好，應用最廣。自1972年Fujishima和Honda發現在受輻照的Tio2上可以持續發生水的氧化還原反應，並產生H2以來，人們對這一催化反應過程進行了大量研究。結果表明，Tio2具有良好的抗光腐蝕性和催化活性，而且性能穩定，價廉易得，無毒無害，是目前公認的最佳光催化劑。該項技術不僅在廢水凈化處理方面具有巨大潛力，在空氣凈化方面同樣具有廣闊的應用前景。

⑶ 光催化劑的種類

包括二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、二氧化鋯、硫化鎘等多種氧化物硫化物半導體。

光催化材料是指通過該材料、在光的作用下發生的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就是我們常見的葉綠素，在植物的光合作用中促進空氣中的二氧化碳和水合成為氧氣和碳水化合物。總的來說納米光觸媒技術是一種納米仿生技術，用於環境凈化，自清潔材料，先進新能源，癌症醫療，高效率抗菌等多個前沿領域。

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催化反應

光觸媒的作用

1、抗菌性： 殺滅大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌、綠膿桿菌、病毒等。

2、空氣凈化：分解空氣中有機化合物及有毒物質：苯、甲醛、氨、TVOC等。

3、除臭 ：去除香煙臭、垃圾臭、生活臭等惡臭。

4、防霉防藻： 防止發霉、防止藻類的產生，防止水垢的附著。

5、防污自潔：分解油污、自清潔。

光觸媒的特性

1、安全性

作為食品葯品添加劑，經過美國FDA認證，使用非常安全（需要說明的此處應該指微米及以上尺度的二氧化鈦，其他材料的光觸媒或是更小尺度的二氧化鈦的安全性並未得到嚴格認證）。

2、持久性

由於光觸媒只是提供了反應的場所，它本身並不參與化學反應，所以它的作用效果是持久的（在存在大量礦物質的情況下，也存在鈍化的可能。比如對硬水處理是可能發生碳酸鈣等水垢沉積時作用效果會很快下降）。

⑷ 什麼是半導體光催化劑

半導體材料（semiconctormaterial）是導電能力介於導體與絕緣體之間的物質。半導體材料是一內類具有半導體性能、可用容來製作半導體器件和集成電的電子材料，其電導率在10（U-3）～10（U-9）歐姆/厘米范圍內。
其用於光催化就叫做光催化劑

⑸ 光催化劑 哪些

通俗意義上講觸媒就是催化劑的意思，光觸媒顧名思義就是光催化劑。催化劑是加速化學反應的化學物質，其本身並不參與反應。光催化劑就是在光子的激發下能夠起到催化作用的化學物質的統稱。
光催化技術是在20世紀70年代誕生的基礎納米技術，在中國大陸我們會用光觸媒這個通俗詞來稱呼光催化劑。典型的天然光催化劑就是我們常見的葉綠素，在植物的光合作用中促進空氣中的二氧化碳和水合成為氧氣和碳水化合物。總的來說納米光觸媒技術是一種納米仿生技術，用於環境凈化，自清潔材料，先進新能源，癌症醫療，高效率抗菌等多個前沿領域。
世界上能作為光觸媒的材料眾多，包括二氧化鈦(TiO2),氧化鋅(ZnO),氧化錫(SnO2),二氧化鋯(ZrO2)，硫化鎘(CdS)等多種氧化物硫化物半導體，其中二氧化鈦(Titanium Dioxide)因其氧化能力強，化學性質穩定無毒，成為世界上最當紅的納米光觸媒材料。在早期，也曾經較多使用硫化鎘(CdS)和氧化鋅(ZnO)作為光觸媒材料，但是由於這兩者的化學性質不穩定，會在光催化的同時發生光溶解，溶出有害的金屬離子具有一定的生物毒性，故發達國家目前已經很少將它們用作為民用光催化材料，部分工業光催化領域還在使用。
二氧化鈦是一種半導體，分別具有銳鈦礦(Anatase)，金紅石(Rutile)及板鈦礦(Brookite)三種晶體結構，其中只有銳鈦礦結構和金紅石結構具有光催化特性。
二氧化鈦是氧化物半導體的一種，是世界上產量非常大的一種基礎化工原料，普通的二氧化鈦一般稱為體相半導體以與納米二氧化鈦相區分。具有Anatase或者Rutile結構的二氧化鈦在具有一定能量的光子激發下[光子激發原理參考光觸媒反應原理]能使分子軌道中的電子離開價帶(Valence band)躍遷至導帶(conction band)。從而在材料價帶形成光生空穴[Hole+]，在導帶形成光生電子[e-],在體相二氧化鈦中由於二氧化鈦顆粒很大，光生電子在到達導帶開始向顆粒表面活動的過程中很容易與光生空穴復合，從而從宏觀上我們無法觀察到光子激發的效果。但是納米的二氧化鈦顆粒由於尺寸很小，所以電子比較容易擴散到晶體表面，導致原本不帶電的晶體表面的2個不同部分出現了極性相反的2個微區-光生電子和光生空穴。由於光生電子和光生空穴都有很強的能量，遠遠高出一般有機污染物的分子鏈的強度，所以可以輕易將有機污染物分解成最原始的狀態。同時光生空穴還能與空氣中的水分子形成反應，產生氫氧自由基亦可分解有機污染物並且殺滅細菌病毒。這種在一個區域內2個微區截然相反的性質並且共同達到效果的過程是納米技術典型的應用，一般稱之為二元論。該反應微區稱之為二元協同界面。
從上面介紹我們可以看到，二氧化鈦的光催化反應過程，很大程度依靠第一步的光子激發，所以有足夠激發二氧化鈦的光子，才能提供足夠的能量，我們也可以知道，光催化反應並不是憑空產生的它也是需要消耗能量的，符合能量守恆原則，它消耗的是光子，也就是光能。如果是太陽光照射光觸媒就利用太陽能，燈光就是利用光能。聯合國將光觸媒開發列為21世紀太陽能利用計劃的重要組成部分。
什麼樣的光子能激發二氧化鈦呢？從理論結構上來說，銳鈦二氧化鈦的導帶與價帶之間的間隙[我們稱之為能隙]是3.2eV 而金紅石二氧化鈦為3.0eV,所以金紅石需要光能大於3.0eV的光子而銳鈦需要大於3.2eV的光子。光子的能量E與波長λ(Lambda)與之具有反比關系E = h C / λ，所以可以知道波長小於380nm的光可以激發銳鈦型二氧化鈦。雖然銳鈦礦需要略多的能量來激發，但是同樣的銳鈦礦的二氧化鈦光觸媒具有更強的氧化能力，所以被更為廣泛的使用。有研究表明接近7nm粒徑時，銳鈦礦要比金紅石更為穩定，這也是很多納米光觸媒採用銳鈦型的原因。

⑹ 半導體與光催化

常溫下導電性能介於導體(conctor)與絕緣體(insulator)之間的材料，叫做半導體（semiconctor）．
什麼是光催化？
光觸媒[PHOTOCATALYSIS]是光 [Photo=Light] + 觸媒(催化劑)[catalyst]的合成詞。光觸媒是一種在光的照射下，自身不起變化，卻可以促進化學反應的物質，光觸媒是利用自然界存在的光能轉換成為化學反應所需的能量，來產生催化作用，使周圍之氧氣及水分子激發成極具氧化力的自由負離子。幾乎可分解所有對人體和環境有害的有機物質及部分無機物質，不僅能加速反應，亦能運用自然界的定侓，不造成資源浪費與附加污染形成。最具代表性的例子為植物的"光合作用"，吸收對動物有毒之二氧化碳，利用光能轉化為氧氣及水。
半導體光催化氧化的原理
目前，研究最多的半導體材料有TiO2、Zno、CdS、WO3、SnO2等。由於TiO2的化學穩定性高、耐光腐蝕，並且具有較深的價帶能級，催化活性好，可以使一些吸熱的化學反應在光輻射的TiO2表面得到實現和加速，加之TiO2對人體無毒無害，並且通常成本較低，所以尤以納米二氧化鈦的光催化研究最為活躍。
我們知道當入射光的能量大於半導體本身的帶隙能量（Bandgap）時，在光的照射下半導體價帶（Valence band）上的電子吸收光能而被激發到導帶（Conction）上，即在導帶上產生帶有很強負電性的高活性電子，同時在價帶上產生帶正電的空穴（h+），從而產生具有很強活性的電子--空穴對，形成氧化還原體系。這些電子--空穴對遷移到催化劑表面後，與溶解氧及H2O發生作用，最終產生具有高度化學氧化活性的羥基自由基(.OH)，利用這種高度活性的羥基自由基便可參與加速氧化還原反應的進行，可以氧化包括生物氧化法難以降解的各類有機污染物並使之完全無機化，以TiO2為便說明有機物在光催化體系中的反應屬於自由基反應。
TiO2光催化反應機理包括以下幾個過程：
（1）光激發過程：
TiO2的帶隙能Eg=3.2eV,可利用波長λ<=387.5nm的光子激發。在溶液中TiO2吸入λ<=387.5nm的光子後，即產生e- --h+(電子空穴)對。
TiO2 + hv----->e- + h+
（2）吸附過程：
TiO2在溶液中會發生如下的吸附反應：
Ol2-+Ti(IV) <-----> OlH-+Ti(IV) --- OH-
Ti(IV)+H2O <-----> Ti(IV) --- H2O
（3）復合過程：
e- + h+ <-----> heat
（4）捕集過程：
當TiO2粒子於水接觸時，表面被羥基化，即h+可將吸附在TiO2表面的OH-離子和H2O分子氧化為.OH自由基，並仍吸附在TiO2表面。順磁共振研究證明，在TiO2表面的確存在大量.OH自由基：
Ti(IV) -- OH- +h+ -----> Ti(IV) -- OH.
Ti(IV) -- H2O + h+ -----> Ti(IV) -- OH. + H+
與此同時，Ti(IV)吸收e-還原為Ti(III)若體系中有O2（溶解氧）存在，O2作為電子受體，生成過氧化物離子自由基：
Ti(IV) + e- <-----> Ti(III)
Ti(III) + O2 <-----> Ti(IV) -- O2-
（5） 其它自由基反應
Ti(IV) —— O2- .近一步還原生成H2O2：
Ti(IV) -- O2- + 2h+ <-----> Ti(IV) --H2O2-
Ti(IV) -- O2- + h+ <-----> Ti(IV) --H2O.
在溶液中，.OH、HO2.和H2O2之間可互相轉化：
H2O2 + .OH <-----> H2O + HO2.
這樣光能就可在短時間內以化學能的形式貯藏起來，實現光能與化學能之間的轉化。
（6）羥基自由基氧化有機物：
大量事實表明，半導體光催化氧化並不是通過空穴直接進行，而是通過其中的.OH自由基發生作用。
Ti(IV) -- OH- + R1.ads -----> Ti(IV) --R2.ads
.OH + R1.ads -----> R2.ads
Ti(IV) -- OH- + R1 -----> R2
.OH + R1 -----> R2
.OH基是強氧化劑（E0=+3.07V），可將脂肪族碳鏈氧化為醇、醛、酸，最後脫羧生成CO2。對於芳香族化合物，OH.首先將苯環羥基化，然後與O2作用生成苯環上的過氧化自由基，進而開環生成脂肪族化合物，並隨著氧化程度的加深，碳鏈逐步斷裂，最終產物為CO2。 四、光催化氧化的潛在優勢及其應用前景
由於光催化氧化法對於水中的烴、鹵代有機物（包括鹵代脂肪烴、鹵代羧酸、鹵代芳香烴）、羧酸、表面活性劑、除草劑、染料、含氮有機物、有機磷殺蟲劑等有機物，以及氰離子、金屬離子等無機物均有很好的去除效果，一般經過持續反應可達到完全無機化。所以半導體光催化氧化技術作為一種高級氧化技術，與生物法和其它高級化學氧化法相比，具有以下的顯著優勢： 1.以太陽光為最終要求的輻射能源，把太陽能轉化為化學能加以利用。由於太陽光，對於人類來說取之不盡、用之 不竭，因此大大降低了處理成本，是一種節能技術。
2.光激發空穴產生的.OH是強氧化自由基，可以在較短的時間內成功的分解水中包括難降解有機物在內的大多數有機物，它還具有將水中微量有機物分解的作用，因此是一種具有普遍實用性的高效處理技術。
3.半導體光催化劑具有高穩定性、耐光腐蝕、無毒的特點，並且在處理過程中不產生二次污染，從物質循環的角度看，有機污染物能被徹底的無機化，因此是一種潔凈的處理技術。
4.對環境要求低，對PH值，溫度等沒有特別要求。
5.處理負荷沒有限制，即可以處理高濃度廢水，也可以處理微污染水源水。
可見，半導體光催化技術既可以在處理廢水時單獨使用，也可作為對生物處理法的補充和完善，兩種方法結合起來使用。
中國國土面積約為600多萬平方公里，太陽能年輻射總量每平方厘米超過60萬焦，開發利用前景十分廣闊。在注重將太陽能轉化為電能和熱能應用的同時，也應注重將太陽能轉化為化學能加以利用。
同時，根據我國目前凈化水市場的發展情況看，半導體光催化易於在賓館、辦公室、家庭用凈化器上首先取得成功。
總之，半導體光催化技術為徹底解決水污染提供了新的思路和新的方法，具有良好的應用前景。 五、光催化氧化染料廢水的可生化研究進展
最理想的廢水處理組合工藝是當今社會面臨的一大挑戰。一方面許多不同種類廢水組成的問世，另一方面又要面對處理當中各種各樣的問題。根據水的質量、最終需求和經濟方面的要求，只用單一的處理技術是不可能完全達到要求或者是不經濟的。例如，固體物質、油類和脂類的物理分離以及生物處理方法已經顯示出在大多數情況下的經濟性和可行性（市政廢水、食品及農業加工廢水等等），然而，也有一些情況下一友誼賽方法的處理效率並不理想。由此通常利用化學方法處理廢水，其中大多數的原理是氧化--還原反應，而且已經轉化為應用技術。台氯化、臭氧化和紫外照射過程，電化學處理以及利用.OH自由基氧化的方法，通過研究發現是一種去除有毒可溶性物質有效的方法。上述處理方法中的大多數已經被證實在該領域是十分有價值的，在去除污染物方面得到很好的結果。但是化學處理方法中也存在很多缺點，如需要大量氧化劑、能量及耗時等問題，與物理和生物方法相比仍顯得價格較高。
使用如臭氧或.OH自由基這類的氧化劑進行對有機化合物的氧化，通常會產生新的氧化產物，在大多數情況下新生成的氧化產物比前者更容易被生物降解。
所以，考慮將化學氧化過程和生物氧化相結合。一方面，化學氧化過程可以有效的去除污染物的毒性，降低COD和色度等，有利於生物氧化過程的進行；另一方面，在投資和運行費用上，生物過程比化學過程便宜的多。生物過程的投資費用比採用如臭氧或過氧化物的化學過程要少五到十倍。與此同時，運行費用將少三到十倍。而且生物處理技術已經日臻成熟，已廣泛的應用於水處理中。將光催化氧化技術與生物技術相結合必將是以後水處理的一個發展方向。

⑺ 光催化的原理什麼

光催化原理是基於光催化劑在光照的條件下具有的氧化還原能力，從而可以達回到凈化污染物、答物質合成和轉化等目的。

通常情況下，光催化氧化反應以半導體為催化劑，以光為能量，將有機物降解為二氧化碳和水。因此光催化技術作為一種高效、安全的環境友好型環境凈化技術，對室內空氣質量的改善已得到國際學術界的認可。

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光催化有機合成反應的特點如下：

①光是一種非常特殊的生態學上清潔的「試劑」；

②光化學反應條件一般比熱化學要溫和；

③光化學反應能提供安全的工業生產環境，因為反應基本上在室溫或低於室溫下進行；

④有機化合物在進行光化學反應時,不需要進行基團保護；

⑤在常規合成中，可通過插入一步光化學反應大大縮短合成路線。 因此，光化學在合成化學中，特別是在天然產物、醫葯、香料等精細有機合成中具有特別重要的意義。

⑻ 半導體光催化劑的催化原理及其研究現狀是什麼啊

基本的原理是這樣，光能夠激發半導體中的電子，將電子從價帶激發到導帶生成光生電版子，權而價帶中產生對應的光生空穴，電子和空穴分別擴散到半導體表面，在表面與不同的反應對象進行反應。光生電子具有還原性，空穴具有氧化性，這兩種應能可以分別應用在不同的領域。

比如殺菌、降解有機物利用的是氧化性，光分解水制氫氣、光合成等利用的是還原性。

這就是最最基本的光催化原理

目前的研究現狀是很難描述的，因為有很多的研究領域，就算是領域的大牛，也只能描述自己領域的基本情況。

自清潔現在已經基本可以實現工業化了，光降解和殺菌都是比較容易研究的課題，已經比較成熟。現在比較困難，在一段時間還無法離開實驗室的是光解水制氫。光合成現在只是起步階段，本身的反應也是最難發生的。

⑼ 為什麼有些半導體有光催化性能，而有些沒有

那是、這些半導體材料不一樣，功能不一樣，製作產品也不一樣。具體你可以去大比特半導體器件應用網看看，相關資料。

⑽ 什麼是半導體，什麼是光催化，什麼是半導體與光催化

①從物理意義上說半導體是介於導體與絕緣體之間的材料。
②光催化是在回一定波長光照條答件下,半導體材料發生光生載流子的分離,然後光生電子和空穴在與離子或分子結合生產具有氧化性或還原性的活性自由基,這種活性自由基能將有機物大分子降解為二氧化碳或其他小分子有機物以及水。
③在反應過程中這種半導體材料也就是光催化劑本身不發生變化.一般用於做光催化劑進行光催化反應的材料都是半導體材料或具有半導體特性的物質。