Photocatalysis）是一种在光照条件下，利用光催化剂加速化学反应速率的过程。其DOI：10.1038/s41467-025-56314-x

光催化的原理

，通常可分为三个关键步骤：

光催化剂通常是半导体材料，其电子结构具有价带（Conduction Band, CB），两者之间存在一个特定的能量差，即能带隙（Band Gap, Eg）。

）会被激发，跃迁至导带）。这一过程形成了具有高反应活性的电子–空穴对DOI：10.1038/s41467-022-30336-1

生成的电子和空穴对在内建电场或浓度梯度的驱动下，会发生分离并向催化剂的表面迁移。这一步骤的效率至关重要，因为电子和空穴极易在迁移过程中发生复合，以热或光的形式释放能量，从而失去催化活性。提高载流子的分离效率是提升光催化性能的关键挑战之一。

迁移到催化剂表面的电子和空穴是强效的还原剂和氧化剂。导带上的电子可以还原吸附在表面的物质，如氧气（O2）。

，可以直接氧化吸附的有机污染物，或氧化水分子（H2），产生具有极强非选择性氧化能力的羟基自由基（·OH）。这些生成的（Reactive Oxygen Species, ROS）是降解污染物、分解水或驱动有机合成反应的主要力量。

光催化剂（TiO2根据催化剂材料的性质和作用机制，光催化可分为多种类型，其中最主要的三种如下：

半导体光催化这是最经典且研究最广泛的光催化类型，其工作原理已在前文详述。

包括金属氧化物（如TiO2αO3N4优势：）成本低、稳定性高，在环境治理领域应用广泛。

许多传统半导体（如TiO22、金属有机框架（MOFs）光催化 (MOF Photocatalysis)

代表材料：优势：局限：3、(Plasmonic Photocatalysis)

DOI：10.1038/s41467-025-57569-0

通常为负载了贵金属纳米颗粒的半导体复合材料（如Au/TiO2优势：局限：光催化技术