光氧催化

光氧催化（Photocatalytic Oxidation，简称PCO）是一种利用光能激活催化剂，在常温常压下将有机污染物或有害气体氧化分解为无害物质（如CO₂、H₂O等）的技术。其核心是通过光催化剂（如二氧化钛TiO₂）在紫外光或可见光照射下产生强氧化性的活性物种（如羟基自由基·OH），从而高效降解污染物。
一、基本原理
1.光催化反应过程：
  • 光激发：催化剂（如TiO₂）吸收光能（波长≤387nm的紫外光）后，电子（e⁻）从价带跃迁至导带，形成空穴（h⁺）。
  • 载流子分离：e⁻和h⁺迁移至催化剂表面，参与氧化还原反应。
2.活性物种生成：
  • h⁺与H₂O反应生成·OH（羟基自由基）。
  • e⁻与O₂反应生成·O₂⁻（超氧自由基）。
  • 污染物降解：强氧化性的·OH和·O₂⁻将有机物逐步氧化为CO₂和H₂O。
3.典型催化剂：
  • TiO₂（锐钛矿相最常用）：廉价、稳定、无毒，但需紫外光激发。
  • 改性催化剂：如氮掺杂TiO₂、石墨烯复合催化剂等，可扩展至可见光响应。
二、应用领域
1.空气净化：
  • 降解甲醛、苯系物、VOCs（挥发性有机物）。
  • 杀菌（如分解细菌、病毒）。
2.水处理：
  • 分解染料、农药、药物残留等有机污染物。
3.自清洁材料：
  • 建筑涂层（如玻璃、外墙）在光照下分解表面污垢。
4.能源领域：
  • 光解水制氢、CO₂还原为燃料。
三、优势
  • 常温常压反应：无需高温高压，节能。
  • 广谱性：可处理多种有机物和无机污染物。
  • 环保：最终产物通常为CO₂和H₂O，无二次污染。