纳米半导体催化处理废水的机理怎么解释

光催化是纳米半导体独特性能之一。 就目前普遍采用的锐钛型纳米 TiO 2 光催化剂来说 , 其粒子的能带结构是由填满电子的低能价带和空的高能导带构成 , 且价带和导带之间存在禁带。 应当以光子能量等于或大于TiO2 禁带宽度能量 (3.2eV) 的光 , 尤其是在紫外光线的照射下, 处于价带上的电子就会激发跃迁到导带上, 从而分别在价带和导带上产生高活性的光生空穴 (h + ) 和光生电子 (e - ), 光生空穴具有氧化性, 而光生电子则具有还原性。 此时的 h + 和 e - 存在两种可能, 一是二者复合, 将吸收的光能以热的形式释放, 使光催化效率降低二是在外电场作用下,h + 和 e - 发生分离, 并迁移到粒子表面的不同位置, 将吸收的光能转换成化学能。实验表明, 吸附在 TiO2 表面的 O2 可吸收 e - 反应生成过氧化物离子自由基。 在 pH<4 条件下 ,H+ 与过氧化物离子自由基可在形成 H2O2 的基础上进一步转化为 OH。OH 作为强氧化剂, 可进一步与大多数有机污染物、细菌、 病毒及部分无机污染物作用, 最终使其氧化分解为 CO2 和 H2O 及无机物等无害物质。 对于半导体的光催化活性, 则主要取决于导带与价带的氧化还原电位, 价带的氧化还原电位越正, 导带的氧化还原电位越负, 则光生空穴和光生电子的氧化及还原能力就越强, 从而使光催化降解污染物的效率大大提高。此外, 许多有机物的电位比半导体的价带电位更负些, 因此, 有机物直接被 h + 氧化也是可行的。 而表面具有很强还原能力的高活性 e - , 则可还原去除水中的金属离子, 从而实现了光能与化学能的转换。

纳米光催化剂是污染物的克星，其作用机理简单来说（如下图所示）就是：纳米光催化剂在特定波长的光的照射下受激生成电子一空穴对（一种高能粒子），这种电子一空穴对和周围的水、氧气发生作用后，就具有了极强的氧化－还原能力，能将空气中甲醛、苯等污染物直接分解成无害无味的物质，以及破坏细菌的细胞壁，杀灭细菌并分解其丝网菌体，从而达到了消除空气污染的目的。　具体来说在光照下，如果光子的能量大于半导体禁带宽度，其价带上的电子（e-）就会被激发到导带上，同时在价带上产生空穴（h+）。光生空穴有很强的氧化能力，光生电子具有很强的还原能力，它们可以迁移到半导体表面的不同位置，与表面吸附的污染物发生氧化还原反应。

采用纳米半导体粒子 作为光催化剂的理论基础在于：一方面，量子尺寸效应会使半导体能隙变宽，导带电位变得更负，而价带电位变得更正。这便使其获得了更强的氧化还原能力； 另一方面，纳米粒子的比表面积远远大于常规材料，一粒大米粒大小的纳米材料其表面积会相当于一个足球场那么大，高比表面使得纳米材料具有强大的吸附污染物的能力，这对提高催化反应的速度是十分有利的；而且，粒径越小，电子与空穴复合几率越小，电荷分离效果越好，从而导致催化活性的提高。

新氧纳米催化分解技术，是通过将纳米级二氧化钛材料与超大比表面积及轻质的炭基材，经特殊工艺烧结制备而成，并完成了该材料的量产化，从而彻底解决了传统催化技术效率低下的问题。

半导体材料（semiconductormaterial）是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，其电导率在10（U-3）～10（U-9）欧姆/厘米范围内。

其用于光催化就叫做光催化剂

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