（应用化学专业论文）金属掺杂TiO2和钨酸铋的制备、表征及其光催化性能研究.pdf

_ i i c 删 y 17 9 ： 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 ；一、 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 ， f 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 、 全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：求】习了主、日期：2 d ) o 、只2 i i 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 l校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 一 l论文作者签名：鞠习了主导师签名：坼次址日期：7p 、又2 7 l 一 山东大学硕士学位论文 目录 摘要5 a b s t r a c t 7 第一章绪论9 1 1 前言9 1 2 光催化反应的类型l o 1 3 半导体光催化反应的基本原理1 3 1 4 光催化技术的应用1 6 1 5 半导体光催化剂的改性1 7 1 6 新型光催化材料的研究现状及进展2 3 参考文献2 8 第二章本论文选题和主要研究内容3 2 2 1 论文研究背景及选题依据3 2 2 2 本论文主要研究内容3 4 参考文献。3 6 第三章a i 掺杂t i 0 2 的制备、表征及光催化性能研究3 7 3 1 引言3 7 3 2 实验部分3 8 3 2 1a l 掺杂t i 0 2 样品的制备及酸化处理3 8 3 2 2 材料的表征4 0 3 2 3 光催化性能表征4 0 3 - 3 结果与讨论4 1 3 3 1 掺a l 和未掺a l 样品的热分析41 3 3 2 酸化前后样品的结构4 2 3 3 3u t 、a t l _ 4 和h a t l - 4 样品的形貌。4 3 3 3 4 酸化处理前后样品的光吸收特性。4 3 3 3 5 样品的光催化性能4 4 3 3 6 酸化时间、浓度和温度对a l 掺杂t i 0 2 样品光催化性能的影响4 5 3 4 本章小结4 8 i羽引iij“14。目冒11，； 山东大学硕士学位论文 参考文献5 0 第四章f e 掺杂t i 0 2 的制备、表征及光催化性能研究5 3 4 1 引言5 3 4 2 实验部分5 5 4 2 1 f e 掺杂t i 0 2 样品的制备及酸化处理5 5 4 2 2 材料的表征5 6 4 2 3 光催化性能表征。5 6 4 3 结果与讨论5 7 4 3 1 铁掺杂二氧化钛样品酸化前后的结构5 7 4 3 2 铁掺杂二氧化钛样品的光吸收特性5 8 4 3 3 样品的光催化性能5 9 4 4 文章小结6 1 参考文献6 2 第五章b i 2 w 0 6 纳米片的制备、表征及光催化性能研究6 5 5 1 引言6 5 5 2 实验部分6 6 5 2 1b i 2 w 0 6 纳米粉体的制备及酸化处理6 6 5 2 2 材料的表征6 8 5 2 3 光催化性能表征6 8 5 。3 结果与讨论6 9 5 3 1 酸化前后b i 2 w 0 6 样品的结构6 9 5 3 2 酸化前后b i 2 w 0 6 样品的形貌7 0 5 3 3 酸化前后b i 2 w 0 6 样品的光吸收特性7 l 5 3 4 样品的光催化性能。7 l 5 4 本章小结7 2 参考文献7 3 致谢7 5 攻读学位期间的科研成果7 6 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t 5 c h a p t e ro n e ，f o r e w o r d s 9 1 1i n t r o d u c t i o n 9 1 2p h o t o c a t a l y t i cr e a c t i o nt y p e s 10 1 3m e c h a n i s mo fs e m i c o n d u c t o rp h o t o c a t a l y t i cr e a c t i o n 13 1 4a p p l i c a t i o n so fp h o t o e a t a l y s i s 16 1 5m o d i f i c a t i o no fs e m i c o n d u c t o rp h o t o c a t a l y s t s 17 1 6r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f n e wp h o t o c a t a l y t i cm a t e r i a l s 2 3 r e f e r e n c e s 2 8 c h a p t e rt w o ，t i t l es e l e c t i o n a n dm a i nr e s e a r c hc o n t e n t si nt h i sp a p e r 3 2 2 1r e s e a r c hb a c k g r o u n d 3 2 2 2m a i nr e s e a r c hc o n t e n t s 3 4 r e f e r e n c f ! s 3 6 c h a p t e rt h r e e ，p r e p a r a t i o n ，c h a r a c t e r i s t i c sa n dp h o t o c a t a l y t i cp r o p e r t yo fa id o p e d t i 0 2 3 7 3 1i n t r o d u c t i o n 3 7 3 2e x p e r i m e n t a ls e c t i o n ! 3 8 3 2 1p r e p a r a t i o na n da c i dt r e a t m e n to f a ld o p e dt i 0 2 ：3 8 3 2 2m a t e r i a l sc h a r a c t e r i z a t i o n 4 0 3 2 3e v a l u a t i o no fp h o t o c a t a l y t i cp r o p e r t y 4 0 3 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 41 3 3 1t g - d t a a n a l y s i s 4 1 3 3 2m a t e r i a l ss t r u c t u r e 4 2 3 3 3m o r p h o l o g yo f u t , a t l 4a n dh a t i - 4 。4 3 3 3 4u v - v i sa b s o r b a n c ep r o p e r t y 4 3 3 3 5p h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t y 4 4 3 3 6e f f e c to fa c i dt i m e ，c o n c e n t r a t i o na n dt e m p e r a t u r eo np h o t o c a t a l y t i c a c t i v i t y 4 5 3 4c o n c l u s i o n s 4 8 3 坐奎查堂堡主兰堡垒壅 - - _ _ _ - 一 r e f e r e n c e s 5 0 c h a p t e rf o u r , p r e p a r a t i o n ，c h a r a c t e r i s t i c sa n dp h o t o c a t a l y t i cp r o p e r t yo ff ed o p e d t i 0 2 5 3 4 1i n t r o d u c t i o n 一5 3 4 2e x p e r i m e n t a ls e c t i o n 5 5 4 2 1p r e p a r a t i o na n da c i dt r e a t m e n to f f ed o p e dz i 0 2 5 5 4 2 2m a t e r i a l sc h a r a c t e r i z a t i o n 5 6 4 2 3e v a l u a t i o no fp h o t o c a t a l y t i cp r o p e r t y 5 6 4 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 。5 7 4 3 1m a t e r i a l ss t r u c t u r e 5 7 4 3 2u v - v i sa b s o r b a n c ep r o p e r t y 5 8 4 3 3p h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t y 5 9 4 4c o n c l u s i o n s 61 r e f e r e n c e s 6 2 c h a p t e rf i v e ，p r e p a r a t i o n ，c h a r a c t e r i s t i c sa n dp h o t o c a t a l y t i cp r o p e r t yo fb i 2 w 0 6 n a n o s h e e t s 6 5 5 ii n t r o d u c t i o n 6 5 5 2e x p e r i m e n t a ls e c t i o n 6 6 5 2 1p r e p a r a t i o na n da c i dt r e a t m e n to f b i 2 w 0 6 。6 6 5 2 2m a t e r i a l sc h a r a c t e r i z a t i o n 6 8 5 2 3e v a l u a t i o no fp h o t o c a t a l y t i cp r o p e r t y 6 8 5 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 6 9 5 3 1m a t e r i a l ss t r u c t u r e 6 9 5 3 2m a t e r i a l sm o r p h o l o g y 7 0 5 3 3u v - v i sa b s o r b a n c ep r o p e r t y 7 1 5 3 4p h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t y 7 1 5 4c o n c l u s i o n s 7 2 r e f e r e n c e s 7 3 a c k n o w l e d g e m e n t s ”7 5 p u b l i c a t i o n sd u r i n gm a s cs t u d i e s 7 6 4 山东大学硕士学位论文 摘要 自1 9 7 2 年日本科学家f u j i s h i m a 和h o n d a 发现t i 0 2 单晶电极可以实现光 催化分解水以来，半导体光催化反应就一直强烈吸引着人们的研究兴趣。 在各种氧化物半导体光催化剂之中，t i 0 2 因其生物和化学惰性、强氧化能 力、无毒性和抗光化学腐蚀的长期稳定性而被广泛研究。但是，从利用太 阳光的效率来看t i 0 2 还存在两方面主要缺陷：一方面由于t i 0 2 的带隙较宽 ( e = 3 2e v ) ，导致其光吸收波长范围较窄，利用太阳能的比例较低；另一 方面t i 0 2 光生载流子的复合率较高，导致其量子效率较低。为了解决这些 问题，发展起了半导体光催化技术研究的两个前沿领域：( 1 ) 通过修饰改性 技术来提高t i 0 2 对太阳光的利用效率；( 2 ) 开发具有可见光响应的新型半导 体光催化剂。 在此基础上，本论文主要研究了金属离子掺杂二氧化钛和钨酸铋纳米 材料的制备及光催化性能的表征。其主要内容包括： 采用化学溶液分解法制备了a l 掺杂的t i 0 2 纳米材料，并对其进行了酸 化处理。利用x r d 、t e m 和u v v i s 等技术手段对a i 掺杂t i 0 2 纳米材料的晶 相结构、颗粒形貌和光物理性质等进行了表征。x r d 结果表明，未掺铝样 品在5 5 0 0 c 热处理2h 下得到的是金红石和锐钛矿的混合相，而在掺入铝之 后，同样的热处理条件下得到的样品却是纯的锐钛矿相。通过t e m 观察发 现，与未掺铝的样品相比，掺铝之后样品的颗粒尺寸较小，约为2 5n m 。 利用甲基橙的光催化降解实验表征了样品的光催化性能。结果表明：掺a l 的t i 0 2 样品有较好的光催化活性，并且在酸化处理之后，掺铝样品的光催 化活性能得到进一步提高。初步探讨认为，酸化处理除去了铝掺杂样品中 的部分氧化铝纳米颗粒，使得样品的比表面积增大而引起了a l 掺杂t i 0 2 样 品光催化活性的提高。 采用化学溶液分解法制备了f e 掺杂的t i 0 2 纳米材料，并对其进行了 酸化处理。x r d 结果表明，f e 掺杂的t i 0 2 样品在5 0 0 0 c 热处理下得到的 是金红石和f e 2 t i 0 5 的混合物。而在6 0 0 。c 热处理下得到的却是金红石、 f e 2 t i 0 5 和f e 2 0 3 的混合物。并且随着热处理温度的升高，样品的结晶性变 山东大学硕士学位论文 好。紫外可见漫反射谱图显示，分别在5 0 0 。c 和6 0 0 0 c 热处理下得到的f e 掺杂t i 0 2 样品均对可见光具有吸收响应。与5 0 0 。c 热处理下得到的f e 掺 杂t i 0 2 样品相比，6 0 0 。c 热处理下得到的样品在吸收带发生了明显的红移。 利用染料罗丹明b 的光催化降解实验表征了材料的光催化性能。结果表明： f e 掺杂t i 0 2 样品对罗丹明b 具有可见光催化活性，而酸化处理对铁掺杂 样品的光催化活性影响不大。 采用化学溶液分解法制备了层状钙钛矿结构氧化物b i 2 w 0 6 光催化剂， 并对其进行了酸化处理。x r d 结果显示，在7 0 0 0 c 热处理下制备的样品由 主产物( b i 2 w 0 6 ) 和副产物( b i l 4 w 2 0 2 7 ) 两种物质组成。热处理样品在酸化处 理以后，b i l 4 w 2 0 2 7 的衍射峰完全消失并且纯相的b i 2 w 0 6 样品被获得。通 过i c p 对酸化样品的上清液检测分析，纯相b i 2 w 0 6 样品获得的机理最可能 是酸化处理选择滤去了b i l 4 w j 0 2 7 结构中的氧化铋，从而使b i l 4 w 2 0 2 7 完全 转化成了b i 2 w 0 6 。s e m 图显示，在酸化处理温度为7 0 0 c 时，得到的样品的 形貌为纳米尺寸的片状结构。紫外可见漫反射谱图显示酸化前后样品均对 可见光具有吸收响应。通过染料罗丹明b 的光催化降解实验发现，酸化处 理可以提高b i 2 w 0 6 的光催化活性，而且在7 0 0 c 酸化处理下得到的纳米片状 的b i 2 w 0 6 样品的光催化活性最高。 关键词：光催化；a l 掺杂；f e 掺杂；t i 0 2 ；b i 2 w 0 6 6 a b s t r a c t s i n c ej a p a n e s es c i e n t i s t sf u j i s h i m aa n dh o n d ad i s c o v e r e d t h ep h o t o c a t a l y t i c s p l i t t i n g o fw a t e ro nt i o ：s i n g l ec r y s t a lele c t r o d e si n 19 7 2 ，s e m i c o n d u c t o r p h o t o c a t a l y s i sh a sa t t r a c t e dc o n s i d e r a b l er e s e a r c hi n t e r e s t a m o n gt h ev a r i o u so x i d e s e m i c o n d u c t o rp h o t o c a t a l y s t s ，t i 0 2i se x t e n s i v e l yi n v e s t i g a t e db e c a u s eo f i t s b i o l o g i c a la n dc h e m i c a li n e r t n e s s ，s t r o n go x i d i z i n gp o w e r , n o n t o x i c i t ya n dl o n g - t e r m s t a b i l i t ya g a i n s tp h o t oa n dc h e m i c a lc o r r o s i o n h o w e v e r , t h e r e a r et w om a j o r s h o r t c o m i n g so n t h eu t i l i z a t i o no fs o l a rl i g h t d u et oi t s 、忻d eb a n d - g a po f3 2e v , t i 0 2 c a no n l yh ee x c i t e db yu l t r a v i o l e to rn e a r - u l t r a v i o l e tr a d i a t i o n o nt h eo t h e rh a n d ，t h e h i 曲r e c o m b i n a t i o nr a t eo fp h o t o g e n e r a t e de l e c t r o n h o l ep a i r sr e s u l t si nl o wp h o t o n e f f i c i e n c y f o rs o l v i n gt h e s ep r o b l e m s ，t w of o r e l a n dd o m a i n sa b o u ts e m i c o n d u c t o r p h o t o c a t a l y s t s ，m o d i f i c a t i o no fz i 0 2a n de x p l o i t a t i o n o fn e wp h o t o c a t a l y s t s ，h a v e b e e nd e v e l o p e d o nt h i sb a s e ，m e t a li o nd o p e dt i 0 2a n db i 2 w 0 6w e r ep r e p a r e db yac h e m i c a l s o l u t i o nd e c o m p o s i t i o nm e t h o da n dt h ep h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t i e sw e r ee v a l u a t e db yt h e d e g r a d a t i o no f o r g a n i cc o m p o u n d s t h i sd i s s e r t a t i o nm a i n l yi n c l u d e s ： a id o p e dt i 0 2w a sp r e p a r e db yac h e m i c a ls o l u t i o nd e c o m p o s i t i o nm e t h o da n d t r e a t e dw i t hc o n c e n t r a t e dn i t r i ca c i d t h es a m p l e sw e r ec h a r a c t e r i z e db yx r d ，t e m a n du v - v i s x r dp a t t e r n si n d i c a t e dt h a tn od o p e ds a m p l eo b t a i n e db yh e a tt r e a t m e n t a t5 5 0 0 cf o r2hc o n s i s t e do fr u t i l ea n da n a t a s e ，w h i l ea id o p e ds a m p l eu n d e rt h e s a m ec o n d i t i o nw a sp u r ea n a t a s e t h et e mp h o t o se x h i b i t e dt h a tt h ep a r t i c l es i z eo f a id o p e dt i 0 2w a s2 5n ms m a l l e rt h a nt h en od o p e do n e t h ep h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t i e s o ft h es a m p l e sw e r ee v a l u a t e db yd e g r a d a t i o no fm e t h y lo r a n g eu n d e ru vl i g h t t h e r e s u l t sr e v e a l e dt h a ta id o p e dt i 0 2h a db e t t e rp h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t y , w h i c hc o u l db e f u r t h e re n h a n c e db ya c i dt r e a t m e n t t h er e a s o nf o rt h es u p e r i o rp h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t y w a st h a tt h ea c i dt r e a t m e n tr e m o v e dp a r to fa 1 2 0 3n a n o p a r t i c l e si nt h et i 0 2s a m p l e s a n dm a d et h e mp o s s e s sah i g h e rs p e c i f i cs u r f a c ea r e a f ed o p e dt i 0 2w a sp r e p a r e db yac h e m i c a ls o l u t i o nd e c o m p o s i t i o nm e t h o da n d 7 jk，l。，r 山东大学硕士学位论文 t r e a t e dw i t hc o n c e n t r a t e dn i t r i ca c i d x r dp a t t e r n si n d i c a t e dt h a tt h es a m p l eo b t a i n e d b yh e a tt r e a t m e n ta t5 0 0 。cw a sa m i x t u r eo fr u t i l ea n df e 2 t i o s am i x t u r eo fr u t i l e ， f e 2 t i 0 5a n df e 2 0 3w a so b t a i n e dw h e ni tw a st r e a t e da t6 0 0 0 c m o r e o v e r , w h i l e i n c r e a s i n gt h eh e a tt r e a t m e n tt e m p e r a t u r e ，t h es a m p l e sh a dab e t t e rc r y s t a l l i n i t y t h e u v - v i sd i f f u s er e f l e c t a n c es p e c t r ae x h i b i t e dt h a tt h es a m p l e sa f t e rb e i n gp r e t r e a t e da t 5 0 0a n d6 0 0 0 cb o t hh a dar e s p o n s et ot h ev i s i b l el i g h t c o m p a r i n gw i t ht h es a m p l e s t r e a t e da t5 0 0 0 c ，t h e r ew a sa no b v i o u sr e ds h i f tf o rt h eo n e so b t a i n e db yb e i n gt r e a t e d a t6 0 0 0 c t h ed e g r a d a t i o no fr h o d a m i n ebu n d e rv i s i b l el i g h tw a se m p l o y e dt o e v a l u a t et h ep h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t yo ft h es a m p l e s t h er e s u l t sr e v e a l e dt h a ta l lt h ef e d o p e dt i 0 2h a dp h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t yf o rt h ed e g r a d a t i o no fr h o d a m i n eb ，a n dt h e a c i dt r e a t m e n th a dn oe f f e c to nt h ep h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t y b i 2 w 0 6p h o t o c a t a l y s t sw e r ef a b r i c a t e db yac h e m i c a ls o l u t i o nd e c o m p o s i t i o n m e t h o da n dt r e a t e dw i t hc o n c e n t r a t e dn i t r i ca c i d x r dp a t t e r n si n d i c a t e dt h a tt h e s a m p l eo b t a i n e db yh e a tt r e a t m e n ta t7 0 0 0 cw a sb i 2 w 0 6a st h em a i np r o d u c t 、i t h b y p r o d u c t ( b i1 4 w 2 0 2 7 ) t h ed i f f r a c t i o np e a k so fb i 14 w 2 0 2 7d i s a p p e a r e db ya c i d t r e a t m e n t ，l e a v i n gp u r ep h a s eb i 2 w 0 6a st h eo n l yp r o d u c t i no r d e rt ou n d e r s t a n dw h y p u r ep h a s eb i 2 w 0 6 c o u l db eo b t a i n e da f t e rt h ea c i dt r e a t m e n t ，t h ec o m p o s i t i o no ft h e a c i d t r e a t e ds u p e m a t a n tl i q u i d sw a sa n a l y z e db yi c et h er e s u l t ss u g g e s t e dt h a tt h e m o s tp o s s i b l ep r o c e s st oa c h i e v et h ep u r ep h a s eb i 2 w 0 6w a st h a tb i l 4 w 2 0 2 7w a s c o n v e n e di n t ob i 2 w 0 6b ys e l e c t i v el e a c h i n gb i s m u t ho x i d ei nb i l 4 w 2 0 2 7 t h es e m i m a g e sr e v e a l e dt h a tc a t a l y s t sp r e p a r e db ya c i dt r e a t m e n ta t7 0 0 cp o s s e s s e da n a n o s h e e t - l i k es t r u c t u r e t h eu v 二sd i f f u s er e f l e c t a n c es p e c t r as h o w e dt h a tt h e s a m p l e sw i t ha n dw i t h o u tt h ea c i dt r e a t m e n tb o t hh a dar e s p o n s et ot h ev i s i b l el i g h t p h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t yo ft h es a m p l e sw a se v a l u a t e db yt h ed e g r a d a t i o no fr h o d a m i n e bu n d e rv i s i b l el i g h ti r r a d i a t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea c i dt r e a t m e n tc o u l d e n h a n c ep h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t yo ft h ec a t a l y s t s ，a n dt h eo n e so b t a i n e db yt h ea c i d t r e a t m e n ta t7 0 0 ce x h i b i t e dt h eh i g h e s tp h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t y k e y w o r d s ：p h o t o c a t a l y s i s ；a id o p e d ；f ed o p e d ；t i 0 2 ；b i 2 w 0 6 8 1 ； 山东大学硕士学位论文 1 1 前言 第一章绪论 光催化反应就是利用自然界存在的最为丰富的能源太阳光能进行 物质转化的一种方式，是光和物质之间相互作用的多种方式之一。在光照 下光催化剂将光能转化成化学反应所需要的能量，来产生催化作用，使周 围的氧气和水分子激发成极具氧化力的自由负离子。光催化是催化化学、 光电化学、半导体物理、材料科学和环境科学等多学科交叉的新兴研究领 域【1 】。 随着人类步入工业化社会，大量有毒化学物质被排出，环境污染问题 已成为影响人类社会发展和生活质量提高的重大问题。防止和治理环境污 染已成为世界各国普遍关注的重大科技与发展问题。多年以来，利用光化 学的基本原理，研究、开发处理各种污染物的新方法与新技术一直是污染 控制化学研究的热点，国内外学者在这一领域做了大量的基础性工作，取 得了许多的成果，逐步形成了污染控制的光化学方法。光催化以其室温深 度反应和可直接利用太阳能作为光源来驱动反应等独特性能，而成为一种 理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术。1 9 7 2 年，f u j i s h i m a 等人【2 】 发现在光辐射的t i 0 2 半导体电极和金属电极所组成的电池中，可持续发生 水的氧化还原反应产生h 2 。这一发现有着非常重大的意义，它表明通过半 导体电极，可把光能转化为化学能。从那时起，来自化学、物理、材料等 领域的许多科学家围绕太阳能的转化和储存、光化学合成进行大量的研 究，探索该过程的原理，致力提高光催化效率。以此为契机，开始了多相 光催化研究的新纪元。以2 0 世纪7 0 年代世界范围内的能源危机为背景， 前期研究大多限于太阳能的转换和储存( 光解水制氢) 。但由于光催化剂 的量子效率和催化活性较低，这一研究目前仍未取得太大进展。2 0 世纪 8 0 年代以来，t i 0 2 多相光催化在环境保护领域内对水和气相的有机、无机 污染物的光催化去除方面取得了较大进展。长期的研究表明，光催化能将 多种有机污染物彻底矿化去除，为各种有机污染物和还原性的无机污染 物，特别是生物难降解的有毒有害物质的去除提供了一种极具前途的环境 9 山东大学硕士学位论文 污染深度净化技术。现在人们对t i 0 2 半导体光催化的原理已经有了较深入 的了解，在此基础上发展起来的气相和液相中污染物的半导体光催化处理 技术已经逐步成熟并走向实用。 1 2 光催化反应的类型 根据光同催化剂及吸附物的作用不同，光催化反应可分为两类过程： 即敏化光反应( s e n s i t i z e dp h o t o r e a c t i o n ) 和催化光反应( c a t a l y z e d p h o t o r e a c t i o n ) 。敏化光反应指起始光激发发生在催化剂表面吸附的分子 上，该分子再与基态催化剂本底反应的过程。这通常有两种情况：如果半 导体是非光活性的( 非光敏性的) ，对于表面吸附的物质来说没有合适的 能级，如s i 0 2 和a 1 2 0 3 ，氧化物仅仅为反应提供二维( 2 d ) 环境，固体不参 与光诱导电子过程，电子直接从被吸附物的给体向受体分子转移。如果半 导体光催化剂有合适的能级，并且半导体基底与被吸附物之间有很强的电 子相互作用，那么半导体基底将对光诱导电子迁移过程有调节作用。电子 可以从给体迁移进入半导体光催化剂，然后转移进入受体轨道。在这种情 况下，光催化剂参与光诱导电子的动力学过程。催化光反应是指，入射 光首先激发半导体光催化剂，受激发的光催化剂再将光生电子或能量传递 给吸附在其表面的基态分子，然后进行反应。 而在光催化反应中，原来由催化剂和反应物形成地活化能垒，由于吸 收光子能量而较易克服，使反应速率进一步提高。从此角度分析，光催化 反应又可归纳为以下几种类型： ( 1 ) 反应物被光激发后，在催化剂作用下引起的催化反应。这类反 应可表示为： a + h v 专a 母 a 幸+ k 专( a k ) 奎- - b + k 这实际上就是一般的光催化反应。经激发的反应物分子和具有过剩能 级的基态分子不同，有其自己的结构、物理性质和包括催化性质在内的化 学性质。例如，激发态