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光催化劑就是在光子的激發(fā)下能夠起到催化作用的化學(xué)物質(zhì)的統(tǒng)稱
光催化是藤島昭教授在1967年的一次試驗(yàn)中，對放入水中的氧化鈦單晶進(jìn)行紫外燈照射，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水被分解成了氧和氫而發(fā)現(xiàn)的。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(xué)反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，其本身并不參與反應(yīng)。光催化劑就是在光子的激發(fā)下能夠起到催化作用的化學(xué)物質(zhì)的統(tǒng)稱。
光催化劑的種類其實(shí)很多，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(dǎo)體，另外還有部分銀鹽，卟啉一等也有催化效應(yīng)，但他們基本都有一個缺點(diǎn)-----存在損耗，即反應(yīng)前和反應(yīng)后其本身會出現(xiàn)消耗，而且它們大部分對人體都有一定的毒性。所以，目前所知的最有應(yīng)用價(jià)值的光催化材料，就是TiO2。
如何解釋光催化這個反應(yīng)呢，其實(shí)，從宏觀看，可以把它理解成光合作用的逆反應(yīng)。
最初的地球環(huán)境不適合生物生存，后來光合細(xì)菌和植物開始用光合作用，用葉綠素作為催化劑，將無機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，它們花了近30億年才結(jié)束了地球的惡劣環(huán)境，創(chuàng)造了地球生物發(fā)展的溫床。而我們的光催化反應(yīng)則將這個反應(yīng)反過來了，即催化劑在光的作用下，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化成了無機(jī)物，這對補(bǔ)完自然界的物質(zhì)循環(huán)過程具有巨大的意義。
那么，光催化的微觀反應(yīng)是什么樣的呢？通俗的說，二氧化鈦粒子本身是很穩(wěn)定的存在，但是它吸收了紫外光的能量以后，就開始變得“興奮”起來，把自己身上的電子到處亂扔，于是，它拋出的電子和自身空出的“電位”就變成了撕扯有機(jī)物大分子的“刀”，而當(dāng)能量減弱以后，二氧化鈦粒子就需要“歇會”了，它扔出去的電子也全部跑了回來，和空出的電位結(jié)合，于是，二氧化鈦粒子在不消耗自己的情況下，將有機(jī)物降解了，這個過程很復(fù)雜，但最終的產(chǎn)物是二氧化碳和水。