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1967年，碩士一年級的 Fujishima在 Honda 指導(dǎo)下開始實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在紫外光照射下， TiO₂ 電極可以將水分解為氫氣和氧氣，即 “本多 -藤島效應(yīng) ” （ Honda-Fujishima Effect）。 1972 年，他們將這一現(xiàn)象發(fā)表在 Nature 上，揭開了多相光催化新時代的序幕。

1976 年， Carey等發(fā)現(xiàn) TiO ₂ 在紫外光條件下能有效分解多氯聯(lián)苯，被認(rèn)為是光催化技術(shù)在消除環(huán)境污染物方面的創(chuàng)造性工作，繼而進(jìn)一步推動了光催化研究熱潮。且 1983 年起，A.L.Pruden和 D.Follio發(fā)現(xiàn)烷烴、烯烴和芳香烴的氯化物等一系列污染物都能被光催化降解掉，擴(kuò)大了光催化在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用。  

1977 年， Yokota T等發(fā)現(xiàn)在光照條件下， TiO ₂ 對丙烯環(huán)氧化具有光催化活性，拓寬了光催化的應(yīng)用范圍，為有機(jī)物合成提供了一條新的思路。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，光催化在污染物降解、重金屬離子還原、空氣凈化、 CO ₂ 還原、太陽能電池、抗菌、自清潔等方面受到廣泛應(yīng)用研究，是國際上熱門研究領(lǐng)域之一。

(Ⅰ )當(dāng)入射光能量 hv不小于禁帶寬度 Eg 時，價帶上電子 e-吸收光能躍遷至導(dǎo)帶，同時價帶上產(chǎn)生空穴 h+；
( Ⅱ) 產(chǎn)生的e- 、 h+在電場或者擴(kuò)散作用下分別遷移至半導(dǎo)體表面；
( Ⅲ) 具有還原能力的e- 與具有氧化能力的 h+ 與吸附在半導(dǎo)體表面上的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，比如污染物降解、水分解制氫氣等。

1）水污染治理
隨著工業(yè)化和現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，水污染是其中重中之重。相比傳統(tǒng)水污染治理方法，光催化法綠色環(huán)保、無二次污染。除了常見的各種染料，如亞甲基藍(lán) (MB) 、羅丹明  B (RhB)、甲基橙  (MO)  等，其他無色的污染物，比如苯酚、雙酚  A(BPA) ，或者各種抗生素農(nóng)藥等都可以降解掉。此外，光催化還可以將水體中的有毒重金屬離子，如 Cr ⁶⁺ 、 Pt⁴⁺ 、 Au³⁺   等還原為低價離子，減弱其毒性。

2）水分解
傳統(tǒng)的化石能源儲量有限，且燃燒后會造成溫室效應(yīng)和環(huán)境污染，如何制造清潔可再生能源是研究熱點(diǎn)。利用光催化將水分解為 H ₂ 和 O₂ ，用氫能源取代化石能源，生態(tài)環(huán)保、成本低。但目前產(chǎn)氫效率還比較低，距離實(shí)際工業(yè)化應(yīng)用還有很長的路要走。

3） CO₂ 還原
隨著大氣中 CO ₂ 濃度不斷增加，溫室效應(yīng)越發(fā)明顯，極端氣候頻發(fā)，如何降低大氣中 CO ₂ 含量是亟待 解決的重大問題。 利用光催化技術(shù)，將 CO ₂ 還原為甲烷、甲醇、甲酸等有機(jī)化合物，具有很高的應(yīng)用價值。

4）空氣凈化
空氣中含有的污染物主要有氮氧化物 (NO₂ ， NO 等 ) ，硫氧化物 (SO ₂ ， SO₃   等 ) ，各種揮發(fā)性有機(jī)化合物 (甲苯、苯、二甲苯、乙醛、甲醛等 ) 。目前處理空氣污染常見方法為物理吸附或者借助貴金屬降解，物理吸附適用面廣，但只適合于濃度較高污染物；貴金屬降解成本高，且條件苛刻，耗能高，效率低，只適用于有經(jīng)濟(jì)條件的工廠。光催化作為一種新型的綠色環(huán)保技術(shù)，成本低，適用面廣，顯示出廣闊應(yīng)用前景。

5）抗菌
抗菌材料分為有機(jī)和無機(jī)兩類，而有機(jī)材料抗菌性弱、耐熱性差、穩(wěn)定性較差等特點(diǎn)限制了其使用，并逐漸被無機(jī)抗菌材料取代，而負(fù)載有銀、銅等金屬離子的無機(jī)殺菌劑能使細(xì)胞失去活性，但細(xì)菌被殺死后，可釋放出致熱和有毒的組分，如內(nèi)毒素。而 TiO ₂  等光催化劑不僅能殺死細(xì)菌，還能徹底降解有毒組分。

6）有機(jī)合成
傳統(tǒng)有機(jī)合成經(jīng)常使用到有害有毒或者危險試劑，且一些反應(yīng)條件苛刻，而光催化有機(jī)合成反應(yīng)條件溫和，具備高選擇性，簡單環(huán)保，成為有機(jī)合成研究熱點(diǎn)。目前，光催化在有機(jī)合成中的應(yīng)用有：
(1) 醇、胺、烯烴和烷烴的氧化或芳香族化合物羥基化反應(yīng)；
(2) 用親核試劑活化、官能化 α-C-H 鍵以構(gòu)建新的 C-C 或 C-X(X=O ， N  或  S) 鍵；
(3) 將硝基苯還原成氨基苯或偶氮苯等等。