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光生空穴的反应机理光催化反应的过程：（1） 半导体吸收的能量大于或者等于带隙EG的光子，受激产生光生电子-空穴对，跃迁到导带上电子称为光生电子，留在价带内空穴称为光生空穴，电子从价带顶跃迁到导带底；（2） 光生载流子在电场作用下或者通过扩散运动方式向表面迁移；（3） 光生载流子之间发生复合，并以热或光能的形式将吸收的能量释放；（4） 迁移到催化剂表面的电子和空穴分别与表面的吸附物质发生还原和氧化反应；（5） 最终发生进一步的热反应和催化反应。光生电子-空穴参与反应C，D：由于半导体材料的能带间缺少连续区域，即带隙，所以光生电子-空穴对一般PS级的寿命，足以使得光生电子和光生空穴有一定的概率传输到半导体材料表面。1、价带上的光生空穴h+具有很强的氧化能力，可以夺取半导体材料表面被吸附物质或者溶剂中的电子，同时也能将低价无机离子氧化为高价态离子。2、而跃迁到导带上的电子（e-）具有很强的还原能力，可以使半导体表面的电子受体接收光生电子而被还原，也能将高价无机离子还原为低价无机离子。3、下例以光催化材料锐钛矿TiO2的能带位置为例（相对于标准氢电极），价带+3.1EV,导带-0.1EV；从图中看出TiO2光生空穴的电位为3.1EV，比高锰酸钾、氯气、臭氧、氟气、H2O2的电极电位还高，具很强的氧化性。同时，光生空穴能够同吸附在TiO2表面的OH-或H2O发生作用生成活性更高的氧化物种，羟基自由基，进而氧化多种物质。研究发现，TiO2能氧化多种有机物，并且氧化性极高，最终将有机物氧化为CO2和H2O等无机小分子。TiO2光生空穴电势为-0.1EV,TiO2还可以光催化分解水、SO、H2S等小分子光生载流子之间复合A、B：光生电子和空穴由于相互接近，并且通过库伦静电力的作用，所以在传输的过程中极容易复合，复合路径有表面复合A或者体内复合B两种路径，从而使载流子失活，复合的过程中能量将会以光子或者热量的形式释放，这就没啥作用了。发生氧化还原反应的条件：并非所有被光激发并迁移到材料表面的光生载流子都可以发生光催化反应。除了光生载流子能够在其寿命周期内迁移到材料表面的反应位置外，还需要满足相应的热力学条件，即半导体的导带带边（比受体电势稍负，价带的带边（光生空穴的电势，）稍正，这样受激产生的光生电子或者空穴才能传递给基态的吸附分子，从而发生氧化还原反应。所以

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