光触媒

在化学中，光触媒又称光催化，是指光化学反应在催化剂的作用下加速的过程。能够加速光化学反应的催化剂则被称为光催化剂。常用的光催化剂有磷化镓（GaP）、砷化镓（GaAs）等等。最广泛使用的是二氧化钛，它能靠光的能量来进行消毒、杀菌。

发现

1972年，日本东京大学的藤嶋昭观察到二氧化钛（TiO
2）在紫外光的照射下，会把水分子分解成氢气，因而发现二氧化钛的光化学特性。随著环保意识高涨，其特性引起世界各国的重视，近年研究发现许多半导体材料皆具有光触媒特性，目前常见的有磷化镓（GaP）、砷化镓（GaAs）及二氧化钛。

然而，进一步的研究发现，部分半导体材料在酸性或碱性环境中容易变质，有些化合物易发生化学或光化学腐蚀性，皆不适合作为净水的光触媒。相较之下，二氧化钛具有高稳定性、耐酸碱、价格便宜、容易制备和无毒等优点，为目前最常用、也最有发展潜力的光触媒材料。

由于光触媒环保又实用，光触媒的开发试验已逐渐实行，但需注意的是光触媒优点同时亦可成为缺点，因它在阳光紫外线照射达到一定强度时才产生化学作用。

原理

光子具有一定能量，当照射到某些物质上（如半导体），原子的电子吸收一定的能量后，便会从价带（valence band）跃升，到导带（conduction band），而原本电子存在的地方就会出现一个带正电的电洞 —— 也即光生电子和光生空穴。正电子与空气中的水分子结合产生具有氧化分解能力的氢氧自由基，负电子则与空气中的氧结合成活性氧，由于这种电子和空穴分别具有较强的还原性和氧化性，因此能使半导体上的物质发生氧化还原反应，从而将光能转换为化学能。这些物质被称为光催化剂。

光催化水分解

主条目：光催化水分解

水会解离成氢氧根（OH⁻）和氢离子（H⁺）：

H₂O ↔ H⁺ + OH⁻

在光触媒颗粒表面，氧气会与电子结合形成氧离子，水分子会被电洞氧化成氢氧自由基（OH·），这两者皆为极不稳定的物质，会与有机物结合重新降解成二氧化碳、水。^[1]

参考资料

1. 功能性粉末：無所不在的環境清潔工–奈米光觸媒. 工业技术研究院. [2016-06-09]. （原始内容存档于2016-08-02）.