科普之科研新领域：光催化技术

更新时间：2025-05-24

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随着工业化与城市化进程的加快，环境污染问题日益突出。传统的物理、化学或生物处理方法在应对复杂有机污染物、高毒性工业废水及抗生素残留方面存在明显局限。光催化技术，凭借其绿色、可持续、高效降解的优势，正日益成为环境修复领域的研究热点。

太阳能驱动的半导体光催化技术，可实现光催化分解水产氢、光催化还原二氧化碳制取低碳燃料、光催化降解污染物等过程，从而达到获取清洁能源和净化环境等目的。

光催化是一种基于光能驱动化学反应的催化过程，光照下催化剂产生的电子（e-）和空穴（h+）与吸附在其表面的物质发生氧化还原反应，从而实现光能向化学能的转化。光催化反应的过程一般包括三个关键步骤：

（1）入射光子激发半导体，产生光生电子-空穴对；

（2）光生载流子从体相迁移到表面或在体相复合；

（3）光生载流子与表面吸附物之间发生电荷转移或在表面复合。

光催化的应用广泛而深远的。主要表现在以下几个环境领域

水污染治理

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光催化剂可高效降解水中有机污染物（如染料、酚类、农药残留），甚至能去除抗生素和微塑料，是废水处理的理想补充方案。

空气净化

通过光催化反应分解空气中的VOC（挥发性有机物）、NOx（一氧化氮、二氧化氮）、甲醛等有害气体。

土壤修复

一些新型光催化材料可与土壤表面污染物反应，有望用于修复农田重金属污染。消毒杀菌

紫外光催化可破坏细菌细胞壁、病毒壳体，对环境表面消杀具备优势，近年来在抗疫消毒材料中也被广泛研究。