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1.2 半导体光催化的机理 半导体材料能被用作光催化材料主要是由于它拥有着独特的能带特点。由我们所学的固体能带理论可知，半导体材料的能带特点是不连续性。其中最顶层的被 e-所充满的能带中叫做价带。最下面的没有任何 e-的空的能带叫做导带。而价带和导带中间的部分叫做禁带宽度或者带隙。被用作为光催化剂的半导体绝大部分都有着相对较大的 Eg。比如最常见的 TiO2材料，其锐钛矿型晶体结构的 Eg 大约是3.3 eV。TiO2的多种晶型中，常被用作光催化材料的两种晶相分别是金红石相和锐钛矿相[11]。其中金红石型结构 TiO2的能带示意图 当能量大于或等于Eg 的光，照射在催化剂材料的表面时，其中部分的价电子就会发生直接跃迁，而不经过中间的禁带。此时的价带和导带上就会产生对应的空穴和电子。由于半导体材料的能带结构是不连续的，带隙的存在能够使得这些由光激发产生的电子和空穴的寿命变长，这就使得内部的电荷有了足够的时间去转移[11]至半导体材料表面上。电子和空穴在形成之后，就会发生各式各样的反应过程。而复合与捕获这两种反应是互相竞争的也是最重要的两种反应。源Z自-751+文/论^文]网[www.751com.cn中显示的是当可见光能量大于或着等于 Eg 时，入射在光催化材料表面后，其价电子被激发的反应过程。从下图可以看出，光照后产生的电子和空穴分别有着多种不同的反应方式。 光催化剂材料表层依附着的溶质以及溶液之中的负电子都会很容易和空穴发生复合反应，使得那些原先不具有吸收光线能力的溶质发生了反应而改变其性能。原因是由于空穴携带着正电荷，拥有着很强的氧化能力，相对来说比较容易吸引相同数目的电子而发生复合反应。又由于电子携带着负电荷，因而可以显示出很强的还原能力。