基本的原理是這樣，光能夠激發二氧化鈦半導體中的電子，將電子從價帶激發到導帶生成光生電子，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針對降解有機物，其實氧化性和還原性都在應用，最終將有機物徹底的氧化還原成水和二氧化碳

光催化劑合成的時候沒效果，最可能的原因是什么

光催化材料是由CeO2（70%-90%） ZrO2（30%-10%）組成，形成ZrO2穩定CeO2的均勻復合物，外觀呈淺黃色，具有納米層狀結構，在 1000℃ 經4小時老化后，比表面仍較大（>15M# G），因此高溫下也能保持較高的活性。
　　用途:適用于高溫催化材料,如汽車尾氣催化劑 技術背景——能源危機和環境問題
人類目前使用的主要能源有石油、天然氣和煤炭三種。根據國際能源機構的統計，地球上這三種能源能供人類開采的年限，分別只有40年、50年和240年。值得注意的是，中國剩余可開采儲蓄僅為1390億噸標準煤，按照中國2003年的開采速度16.67億噸/年，僅能維持83年。中國石油資源不足，天然氣資源也不夠豐富，中國已成為世界第二大石油進口國。因此，開發新能源，特別是用清潔能源替代傳統能源，迅速地逐年降低它們的消耗量，保護環境改善城市空氣質量早已經成為關乎社會可持續發展的重大課題。中國能源發展方向可以鎖定在前景看好的五種清潔能源: 水電、風能、太陽能、氫能和生物質。

太陽能不僅清潔干凈，而且供應充足，每天照射到地球上的太陽能是全球每天所需能源的一萬倍以上。直接利用太陽能來解決能源的枯竭和地球環境污染等問題是其中一個最好、直接、有效的方法。為此，中國政府制定實施了“中國光明工程”計劃。模仿自然界植物的光合作用原理和開發出人工合成技術被稱為“21世紀夢”的技術。它的核心就是開發高效的太陽光響應型半導體光催化劑。目前國內外光催劑的研究多數停留在二氧化鈦及相關修飾。盡管這些工作卓有成效，但是在規模化利用太陽能方面還遠遠不夠。因此搜尋高效太陽光響應型半導體作為新型光催化劑成為當前此領域最重要的課題。

二， 光催化材料的基本原理
半導體在光激發下，電子從價帶躍遷到導帶位置，以此，在導帶形成光生電子，在價帶形成光生空穴。利用光生電子-空穴對的還原氧化性能，可以降解周圍環境中的有機污染物以及光解水制備H2和O2。

高效光催化劑必須滿足如下幾個條件： （1）半導體適當的導帶和價帶位置，在凈化污染物應用中價帶電位必須有足夠的氧化性能，在光解水應用中，電位必須滿足產H2和產O2的要求。（2）高效的電子-空穴分離能力，降低它們的復合幾率。（3）可見光響應特性：低于420nm左右的紫外光能量大概只占太陽光能的4%，如何利用可見光乃至紅外光能量，是決定光催化材料能否在得以大規模實際應用的先決條件。常規anatase-type TiO2 只能在紫外光響應，雖然通過攙雜改性，其吸收邊得以紅移，但效果還不夠理想。 因此，開發可見光響應的高效光催化材料是該領域的研究熱點。只是，現在的研究狀況還不盡人意。

三， 光催化材料體系的研究概況
從目前的資料來看，光催化材料體系主要可以分為氧化物，硫化物，氮化物以及磷化物

氧化物：最典型的主要是TiO2及其改性材料。目前，絕大部分氧化物主要集中在元素周期表中的d區， 研究的比較多的是含Ti，Nb，Ta的氧化物或復合氧化物。其他的含W，Cr，Fe，Co，Ni，Zr等金屬氧化物也見報道。個人感覺，d區過渡族金屬元素氧化物經過炒菜式的狂轟亂炸后，開發所謂的新體系光催化已經沒有多大潛力。目前，以日本學者J. Sato為代表的研究人員，已經把目光鎖定在p區元素氧化物上，如含有Ga，Ge，Sb，In，Sn，Bi元素的氧化物。

硫化物：硫化物雖然有較小的禁帶寬度，但容易發生光腐蝕現象，較氧化物而言，穩定性較差。主要有ZnS，CdS等

氮化物：也有較低的帶系寬度，研究得不多。有Ta／N，Nb／N等體系

磷化物：研究很少，如GaP
按照晶體/顆粒形貌分類：
（1）層狀結構
**半導體微粒柱撐于石墨及天然/人工合成的層狀硅酸鹽
**層狀單元金屬氧化物半導體如：V2O5，MoO3，WO3等
**鈦酸，鈮酸，鈦鈮酸及其合成的堿（土）金屬離子可交換層狀結構和半導體微粒柱撐于層間的結構
**含Bi層狀結構材料，(Bi2O2)2+(An-1BnO3n+1)2- (A=Ba，Bi，Pb；B=Ti，Nb，W)，鈣鈦礦層 (An-1BnO3n+1)2-夾在(Bi2O2)2+層之間。典型的有：Bi2WO6，Bi2W2O9，Bi3TiNbO9
**層狀鉭酸鹽：RbLnTa2O7(Ln=La,Pr,Nd,Sm)
（2）通道結構
比較典型的為BaTi4O9，A2Ti6O13（A=K，Na，Li，等）。這類結構往往比層狀結構材料具有更為優異的光催化性能。研究認為，其性能主要歸咎于金屬-氧多面體中的非對稱性，產生了偶極距，從而有利于電子和空穴分離
（3）管狀結構：在鈦酸鹽中研究較多
（4）晶須或多晶一維材料
經由VLS，VS，LS（如水熱合成，熔鹽法）機制可制備一維材料；
液相合成中的軟模化學法制備介孔結構的多晶一維材料
對于該種行貌的材料，沒有跡象表明，其光催化性能得以提高
（5）其他形狀復雜的晶體或粉末顆粒
最典型的是ZnO材料，根據合成方法不同，其行貌也相當豐富

四，提高光催化材料性能的途徑
（1）顆粒微細納米化
降低光生電子-空穴從體內到表面的傳輸距離，相應的，它們被復合的幾率也大大降低。
（2）過度金屬摻雜和非金屬摻雜
金屬：摻雜后形成的雜質能級可以成為光生載流體的捕獲阱，延長載流子的壽命。Choi以21種金屬離子對TiO2光催化活性的影響，表明Fe3+，Mo5+，Re5+，Ru3+，V4+，Rh3+能夠提高光催化活性，其中Fe3+的效果最好。具有閉殼層電子構型的金屬離子如Li+，Al3+，Mg2+，Zn2+，Ga2+，Nb5+，Sn4+對催化性影響甚微
非金屬：TiO2中N，S，C，P，鹵族元素等

對于摻雜，個人的認識，其有如下效應：
**電價效應：不同價離子的摻雜產生離子缺陷，可以成為載流子的捕獲阱，延長其壽命；并提高電導能力
**離子尺寸效應：離子尺寸的不同將使晶體結構發生一定的畸變，晶體不對性增加，提高了光生電子-空穴分離效果
**摻雜能級：摻雜元素電負性大小的不同，帶隙中形成摻雜能級，可實現價帶電子的分級躍遷，光響應紅移

（3）半導體復合
利用異種半導體之間的能帶結構不同，復合后，如光生電子從A粉末表面輸出，而空穴從B表面導出。也即電子和空穴得到有效分離

（4）表面負載
將半導體納米粒子固定技術在不同的載體上（多孔玻璃、硅石、分子篩等）制備分子或團簇尺寸的光催化劑。

（5）表面光敏
利用具有較高重態的具有可見光吸收的有機物，在可見光激發下，電子從有機物轉移到半導體粉末的導帶上。該種方法不具有實用性，一方面，有機物的穩定性值得質疑；另一考慮的是經濟因素
（6）貴金屬沉積

貴金屬：Pt, Au, Pd, Rh,
Ni, Cu, Ag,等
（7）外場耦合
熱場，電場，磁場，微波場，超聲波場
目前，研究較多的是電場效應。其他場的研究也不少見，效果一般，更多的是從工藝層次來說明效果，所謂理論的東西不多 回答

標簽：催化劑合成效果