近年来传统能源面临枯竭，大量有毒，难降解的物质进入我们的生活空间，造成了相当严重的水污染问题，这些水污染等问题已经严重威胁到人类的生存发展，进而开发可再生能源和探究治理水污染的有效方法变得十分重要。以半导体光催化剂为基础的光催化技术作为环保、绿色、健康的技术，赢得了国内外很多研究者的高度关注。与传统的治污相比，半导体光催化分解有许多优点，例如（1）除净度高，没有二次污染；（2）不需要在反应体系中加入其他的化学物质；（3）可以借助太阳能作为光催化的能源[1]。然而该技术发展至今仍存在一些问题，例如:催化剂的效率较低，光稳定性差，难于分离回收再利用，批量生产实际应用困难等等。因此，开发出活性强、稳定性佳、易回收、低成本且易制备的催化剂是解决该技术应用的重中之重。
- 光催化的研究背景
随着科学技术的发展，光催化技术在研究领域的地位也越来越高，它是一种高效环保的技术。它是由日本东京大学腾岛昭教授在1967年的一次实验中发现的，在光照的情况下的光催化剂具有氧化还原能力，通过其氧化还原能力，可以达成诸如净化污染，进行物质的转化和合成等目的[2]。在当今世界资源短缺，产业转型升级的关键期间，建立“资源节约型”、“环境友好型”新型工业刻不容缓。当前环境污染问题与新能源的开发利用已经成为当前研究的重中之重。光催化技术作为洁净的新技术，以太阳能为原料，在半导体介质下进行独特的催化反应。从而将被污染物进行降解，达到绿色环保、节能高效地降解污染物的目的。
1.1 光催化的原理及其应用
1972年，日本东京大学Fujishima和Honda研究发现，利用TiO2单晶进行光催化反应可使水分解成氢和氧。这一开创性的工作标志着光电现象应用于光催化分解水制氢研究的全面启动[3,4,5]。
光催化是一种利用新型的复合纳米高科技功能材料的技术，它是一种低温的深度反应技术，光催化剂纳米粒子在一定波长的光纤照射下受激生成电子—空穴对，空穴分解催化剂表面吸附的水产生氢氧自由基，电子使其周围的氧化还原成活性离子氧，从而具备极强的氧化—还原作用，将光催化剂表面的各种污染物进行降解。
在过去30年里，人们在光催化材料开发与应用方面的研究取得了丰硕的成果。以TiO2为例揭示了其晶体结构、表面羟基自由基以及氧缺陷对量子效率的影响机制;采用元素掺杂、复合半导体以及光敏化等手段拓展其光催化活性至可见光响应范围;通过在其表面沉积贵金属纳米颗粒可以提高电子—空穴对的分离效率，提高其光催化活性。
如今光催化的应用已经进入了各个领域。以Ti02为载体的光催化技术已成功应用于废水处理、空气净化、自清洁表面、染料敏化太阳电池以及抗菌等多个领域。尽管人们对光催化现象的认知与应用取得了长足的进步，然而受认知手段与认知水平的限制，目前对光催化作用机理的研究成果仍不足以指导光催化技术的大规模工业化应用,亟待大力开展光催化基本原理研究工作以促进这一领域的发展[6]。
2.半导体光催化概述
自1972年Fujishima和Honda发现二氧化钛以来，光催化已经找到了自己的存在方式[2]。在此期间，TiO2光催化的目的是在光电化学电池中将水分解成氢和氧。这一发现促使研究人员探索了TiO2 在许多领域的应用，特别是在光催化领域。1991年，Bahnemann 及其同事使用TiO2悬浮液进行了光催化废水处理[7]。他们报道了光强，温度和pH对使用TiO2的卤代烃降解速率的影响。他们得出的结论是，该技术具有明显的废水处理应用潜力，需要进行详细研究以进一步开发该技术。受此启发，使用TiO2作为光催化剂进行了大量的研究工作。光催化剂指的是，光照射后，促使某个化学反应继续进行或者使某一条件下不能发生的反应可以进行，但自身却不产生任何变化的物质。光照射后，光催化剂与周围物质相互作用的化学反应，就被称作光催化反应，结果通常表现为将太阳能转化为特定化学反应需要的化学能，能够合成新的化合物或者使原有的化合物降解[8]。
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