光催化原理及其应用
光催化是一种利用光能驱动化学反应的技术，其核心在于通过特定材料吸收光子能量，激发电子跃迁，从而产生具有高活性的电子-空穴对。这一过程广泛应用于环境治理、能源转换和材料科学等领域。
光催化剂通常由半导体材料制成，如二氧化钛（TiO₂）、氧化锌（ZnO）等。当这些材料受到紫外或可见光照射时，价带中的电子会被激发到导带，留下一个正电荷空穴。这种电子-空穴对可以与周围介质发生相互作用，例如水分子或氧气，生成强氧化性的羟基自由基（•OH）和超氧阴离子（•O₂⁻）。这些活性物种能够分解有机污染物、杀灭细菌病毒，并将二氧化碳还原为燃料或其他化学品。
光催化技术的优势在于环保无污染，且不需额外添加化学试剂。然而，传统光催化剂存在吸收波长窄、量子效率低等问题。近年来，科学家通过掺杂金属元素、构建异质结等方式优化了催化剂性能，使其在更宽的光谱范围内高效工作。
光催化已在空气净化、污水处理以及太阳能电池等方面展现出巨大潜力。随着研究不断深入，这项技术有望成为解决全球环境问题的重要手段之一。
