光触媒
具有光催化功能的半导体材料
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历史版本
光触媒（Photocatalyst）是光（Photo=Light）和触媒（催化剂catalyst）的合成词，是一类以 二氧化钛（Titanium Dioxide，TiO₂）为代表的具有光催化功能的半导体材料的总称。光触媒技术称为纳米光催化技术，起源于20世纪70年代中期。[5]半导体二氧化钛由于具有良好的生物和化学惰性、高介电常数和催化活性、低成本、无毒以及对光腐蚀有很好的稳定性等优点，被认为是光触媒的代表。[6][1]其原理是用二氧化钛经纳米技术处理作为光触媒，在紫外光作用下产生光氧化还原能力，使微生物和化学污染物彻底分解成二氧化碳和水，以达到对环境污染微生物和化学污染物的净化作用。
光触媒在防污、抗菌、脱臭、空气净化、水处理以及环境污染治理等方面已经得到了广泛应用，且能作为食品药品添加剂，经过美国FDA认证，非常安全，对人体无害。[7][8]能作为光触媒的材料众多，除了二氧化钛（TiO₂）外、还有氧化锌（ZnO）、氧化锡（SnO₂）、二氧化锆（ZrO₂）、硫化镉（CdS）等多种氧化物硫化物，它们多为n型半导体材料，其中二氧化钛是世界上最当红的纳米光触媒材料。[9][10]
发现历史
20世纪20年代，人们发现涂料中的TiO2具有使颜料褪色的“钛白”现象，这是最早观察到的光催化现象。光催化有关的最早文献是1921年瑞士人Renz的报道，随后，有关二氧化钛的光化学性质引起了许多深入研究。20世纪50年代这一领域的研究兴趣转向了ZnO，大量工作主要是关于ZnO光照表面形成H2O2的研究。1972年，日本的Fujishima及Honda在《Nature》刊物上首先发表了以二氧化钛为阳极、铂（Pt）为阴极的光电化学电池，在光的照射下，将水电解成氧气与氢气，光催化和光电催化的研究才受到广泛关注，人们将这种现象命名为Honda-Fujishima效应。当时由于第一次石油危机的关系 ，如何利用太阳能由水制造出氢气，是一项全球重视的研究方向。在这股风潮下，20世纪70-80年代人们对半导体光化学的了解有了长足的增进，同时也促成了半导体光催化的发展。1977年Frank及Bard报道了以二氧化钛为光触媒可以把水中的氰化物（Cyanide）分解的研究报告，更把二氧化钛光触媒的应用朝环保方面推展，并发现其他半导体化合物如ZnO、CdS、Fe2O3和WO3等同样适用于光催化反应中。80年代末至90年代末期，光催化研究取得两个重要突破：一是1991年Graetzel等提出了染料敏化纳晶TiO2太阳能电池的新概念；一是1997年Fujishima等发现了TiO2表面光诱导的双亲特性。90年代末，一方面主要通过掺杂、修饰等方法研制宽谱响应的第二代TiO2光催化剂，另一方面是设计高效宽谱响应的新型半导体光催化剂，复合金属氧化物In1-xNixTaO4是这一阶段的标志性研究。[4][11]