TiO2 光催化 机理

TiO2属于一种n型半导体材料，它的禁带宽度为3.2ev（锐钛矿）,当它受到波长小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射时，价带的电子就会获得光子的能量而越前至导带，形成光生电子（e-）;而价带中则相应地形成光生空穴(h+)，如图1-1所示。

如果把分散在溶液中的每一颗TiO2粒子近似看成是小型短路的光电化学电池，则光电效应应产生的光生电子和空穴在电场的作用下分别迁移到TiO2表面不同的位置。TiO2表面的光生电子e-易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获，而空穴h+则可氧化吸附于TiO2表面的有机物或先把吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成 ·OH自由基，·OH自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化水中绝大部分的有机物及无机污染物，将其矿化为无机小分子、CO2和H2O等无害物质。

反应过程如下：

TiO₂ + hv → h⁺ +e^-              (3)                

h+ +e-  → 热能                    （4）

h+  + OH- →·OH                   (5)                      

h+ + H₂O →·OH + H⁺                (6)

e- +O₂  → O^2-                          （7）                   

O₂  + H+  → HO₂·                      (8)

2 H₂O·→ O₂  + H₂O₂                (9)                  

H₂O₂  + O₂  →·OH + H⁺ + O₂             (10)

·OH + dye →···→ CO₂ + H₂O                (11)

H⁺ + dye →···→ CO₂ + H₂O                (12)

由机理反应可知,TiO2光催化降解有机物，实质上是一种自由基反应。