科普之科研新領域：光催化技術

更新時間：2025-05-24

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隨著工業化與城市化進程的加快，環境污染問題日益突出。傳統的物理、化學或生物處理方法在應對復雜有機污染物、高毒性工業廢水及抗生素殘留方面存在明顯局限。光催化技術，憑借其綠色、可持續、高效降解的優勢，正日益成為環境修復領域的研究熱點。

太陽能驅動的半導體光催化技術，可實現光催化分解水產氫、光催化還原二氧化碳制取低碳燃料、光催化降解污染物等過程，從而達到獲取清潔能源和凈化環境等目的。

光催化是一種基于光能驅動化學反應的催化過程，光照下催化劑產生的電子（e-）和空穴（h+）與吸附在其表面的物質發生氧化還原反應，從而實現光能向化學能的轉化。光催化反應的過程一般包括三個關鍵步驟：

（1）入射光子激發半導體，產生光生電子-空穴對；

（2）光生載流子從體相遷移到表面或在體相復合；

（3）光生載流子與表面吸附物之間發生電荷轉移或在表面復合。

光催化的應用廣泛而深遠的。主要表現在以下幾個環境領域

水污染治理

光催化劑可高效降解水中有機污染物（如染料、酚類、農藥殘留），甚至能去除抗生素和微塑料，是廢水處理的理想補充方案。

空氣凈化

通過光催化反應分解空氣中的VOC（揮發性有機物）、NOx（一氧化氮、二氧化氮）、甲醛等有害氣體。

土壤修復

一些新型光催化材料可與土壤表面污染物反應，有望用于修復農田重金屬污染。消毒殺菌

紫外光催化可破壞細菌細胞壁、病毒殼體，對環境表面消殺具備優勢，近年來在抗疫消毒材料中也被廣泛研究。