光催化是指在光的作用下進行的化學反應。光化學反應需要分子吸收特定波長的電磁輻射，受激產生分子激發(fā)態(tài)，繼而發(fā)生化學反應生成新的物質或變成引發(fā)熱反應的中間化學產物。光催化劑是指在光的照射下，自身不起變化，卻可以促進化學反應的物質。它利用光能轉化成化學反應所需的能量，產生催化作用，使周圍的氧氣及水分子激發(fā)成很具氧化力的自由基或負離子。

光催化氧化分為均相光催化氧化和非均相光催化氧化。均相光催化氧化主要為UV/Fenton試劑法。Fenton試劑為Fe2+和H2O2的組合，其氧化機理為Fe2++H2O2→˙OH+OH-+Fe3+Fe3++H2O2→Fe2++˙HO2+H+，因此Fenton試劑在水處理中具有氧化和混凝兩種作用，在黑暗中就能降解有機物，節(jié)省了設備投資，然而H2O2利用率不高，不能充分礦化有機物。當有光輻射(如紫外光)時，F(xiàn)enton試劑氧化性顯著提高。UV/Fenton法也叫光助Fenton法，是普通Fenton法與UV/H2O2兩種系統(tǒng)的復合產物，降低Fe2+用量的同時保持H2O2較高的利用率，而UV和Fe2+對H2O2的催化分解存在協(xié)同效應，˙OH的生成速率遠大于傳統(tǒng)Fenton法和紫外催化分解H2O2速率的簡單加和。因此UV/Fenton試劑法在處理難降解有機污染物時具有獨特的優(yōu)勢，很有應用前景。

非均相光催化氧化技術主要為TiO2光催化氧化技術。自從日本學者Fujishima和Honda于1972年在半導體TiO2電極上發(fā)現(xiàn)了水的光催化分解作用，開辟了半導體光催化這一新領域。1977年，Yokota等發(fā)現(xiàn)TiO2在光照條件下對丙烯環(huán)氧化具有光催化活性，從而拓寬了光催化的應用范圍，為有機物氧化反應提供了一條新的思路。此后世界范圍內便開始了光催化氧化技術在污水處理、空氣凈化、抗菌殺毒、有機合成等方面的應用研究，半導體光催化技術受到全世界的廣泛關注，并獲得了快速發(fā)展，成為國際上做活躍的研究領域。

不同類型有機物的光催化降解

半導體光催化劑大多是n型半導體材料(當前以TiO2使用很廣泛)，具有區(qū)別于金屬或絕緣物質的特別的能帶結構，即在價帶和導帶之間存在一個禁帶。由于半導體的光吸收閾值與帶隙具有公式K=1240/Eg(eV)的關系，因此常用的寬帶隙半導體的吸收波長閾值大都在紫外區(qū)域。在光照下，如果光子的能量大于半導體禁帶寬度，其價帶上的電子(e-)就會被激發(fā)到導帶上，同時在價帶上產生空穴(h+)。當存在合適的俘獲劑、表面缺陷或者其他因素時，電子和空穴的復合得以抑制，就會在催化劑表面發(fā)生氧化—還原反應。價帶空穴是良好的氧化劑，導帶電子是良好的還原劑，在半導體光催化反應中，一般與表面吸附的H2O、O2反應生成˙OH和超氧離子O2-，能夠把各種有機物直接氧化成CO2、H2O等無機小分子，電子也具有強還原性，可以還原吸附在其表面的物質。激發(fā)態(tài)的導帶電子和價帶空穴能重新合并，并產生熱能或其他形式散發(fā)掉。