1  光催化作用机理与光催化氧化反应模型
  1)光催化作用机理
  Ti02作为一种半导体材料之所以能够作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的，根据定义，超细半导体粒子含有能带结构且能带不是连续的，其能级结构可用带隙理论描述，即物质价电子轨道通过交叠形成不同的带隙，由低到高依次充满电子的价带、禁带和空的导带
    Ti02的禁带宽度Eg=3.2 eV，相当于波长387.5 nm的光子能量。稳态时Ti02的电子充满于价带中，导带是一系列空能级轨道的集合体，当用波长等于或小于387.5 nm（能量等于或大于于3.2 eV）的光照射半导体时，价带上的电子（e一）被激发并跃迁到导带，在价带上产生空穴(h+)，并在电场的作用下分离并迁移到粒子表面。光生空穴(h+)由于具有*的得电子能
力，因而具有很强的氧化能力，能将其表面吸附的OH -离子和H20分子氧化成·OH自由基而．OH几乎无选择地将有机物氧化，并zui终降解为C02和H20，也有部分有机物与h+直接反应，而迁移到表面的电子（e一）则具有很强的还原能力。同时，也存在着电子与空穴复合的可
能性，如果没有适当的电子和空穴俘获剂，储备的能量在几个us之内就会通过复合而消耗掉而如果选用适当的俘获剂或表面空位来俘获电子或空穴，复合就会受到抑制，随即氧化还原反

    图5.8半导体光激发原理图
A-氧化剂(02)；B-还原剂(VOCs)
应就会发生。因此，电子结构、吸光特性、电荷迁移、载流子寿命及载流子复合速率的*组合对于提高催化活性是至关重要的。由于光生空穴和电子的复合在1ns①到1ps②内就可以发生，从动力学观点看，只有在有关的电子受体或电子供体预先吸附在催化剂表面时，界面电荷的传递和被俘获才能有效的进行。当有机物与水蒸气共存于气相时，水分子及有机物本身均可以充当光生空穴的俘获剂。
    在整个光催化反应中，-OH起着决定性作用，半导体内产生的电子一空穴对存在分离与复合的竞争。电子与空穴复合的几率越小，光催化活性越高，是光催化氧化的主要氧化剂。对于发生在Ti02表面的气一固相光催化氧化分解过程，表面羟基化可能是反应的关键步骤。光生电子（e一）的俘获剂主要是吸附于Ti02表面上的氧。它既可以抑制电子与空穴的复合，同时也可以氧化己羟基化的反应产物，是表面羟基的另一个来源。当催化剂表面主要吸附物为有机物时，空穴与有机物的直接反应为主要途径。  半导体粒子尺寸越小，电子与空穴迁移到表面的时间越少，复合的几率越小；
比表面Ti02大，越有利于反应物的Langmiur-Hinshelwood率'由于纳米级 有更高的光催化效率，因而获得了广泛的研究与应用   
2)光催化氧化反应模型
    气一固相光催化分解有机物的反应涉及到传质和光催化反应2个过程，包含j
    ①反应物从气流中通过层流边界层向催化剂外表面扩散。
    ②反应物从催化剂外表面通过微孔向催化剂内表面扩散。
    ③反应物被催化剂表面化学吸附。
    ④反应物在催化剂表面上发生氧化还原反应。
    ⑤反应产物脱附离开催化剂表面。
    ⑥反应产物从催化剂内表面向外表面扩散。
    ⑦反应产物从催化剂外表面扩散到主气流中。