1 光催化氧化机理及降解过程

光催化氧化降解有机污染物是依据光催化半导体材料产生的强氧化和还原物质，直接与有机污染物反应或者参与溶液中的特定反应离子的循环转换过程，最终达到降解目的。

产生氧化还原物质的过程大致分为两个阶段，见图一。首先，半导体材料接受光激发，在价带上发生电子跃迁，跃迁出的电子又称光生电子，具有强还原能力，价带上因电子的缺失产生空穴又称光生空穴，这些空穴有强氧化能力。然后，光生电子与氧气发生还原反应生成超氧阴离子自由基（•O^2-），光生空穴与水发生氧化反应生成羟基自由基（•OH）。

超氧阴离子自由基与羟基自由基都具有强氧化能力，能够直接与溶液中的有机污染物反应，将其降解为中间产物或彻底降解为水和二氧化碳；若溶液中存在铁离子、铜离子等具有能够引起Fenton反应的金属离子，则超氧自由基阴离子与羟基自由基能够参与三价铁离子转换为二级铁离子，进而加速二价铁离子与三价铁离子的循环，提高降解有机污染物的效率。

2 光催化剂的分类

2.1金属氧化物

2.2.1 TiO₂ 光催化剂 

TiO₂是n型半导体，由于价廉、低毒、超亲水、耐用性良好且光化学稳定性出色^[12]，是目前光催化领域研究最多应用最广的材料。1972年，Fujishima^[13]和Honda首次提出在连有铂黑电极的n-TiO₂电极上光催化电解水。1976年，Careys^[14]发现在紫外线照射下，含有TiO₂半导体颗粒的悬浮液可以氧化部分有机物，自此用于水处理的光催化研究越来越广泛。TiO₂半导体在紫外线下能够降解有机污染物，包括除草剂，染料，农药和酚类化合物等。影响二氧化钛光催化效果的因素很多，包括孔结构，孔体积，结晶相，表面积，粒径，表面电荷、缺陷部位^[15]等。但是，光催化过程中，TiO₂光生电子/空穴快速复合降低了光催化效率，并且其带隙较大（3.2 eV），只能吸收波长小于400nm的紫外光，而使用紫外光成本又太高，限制了其工业应用。