- 文献综述（或调研报告）：
1、光催化及其降解原理
（1）光催化的定义和特点
光催化技术以太阳能为驱动力，利用半导体纳米材料将光能转化为化学能，并用于降解有机物或者处理重金属，适用于水处理和污水处理，因此具有良好的应用前景。光催化技术能够实现有机物的降解与矿化，具有反应速度快、运行条件温和且不产生二次污染、工艺成本低等特点，是一种非常有前景的废水处理新工艺。[1]
（2）光催化的机理和反应途径
光催化的反应过程分为三个阶段： 半导体材料吸收可见光。价带中的电子受激发跃迁至导带，同时在价带产生一个空穴（带正电）。载流子（空穴与电子）的分离：催化剂中部分导带的光生电子会与价带的光生空穴复合，并以热辐射的形式将吸收的光能重新释放出来。同时，另一部分光生电子与空穴则分别沿着晶格进行运输，到达催化剂表面。或者在运输过程中与其他的空穴和电子发生复合。只有运输到催化剂表面的空穴和电子才有催化作用。部分到达催化剂表面的空穴和电子注入到催化剂表面的分子中，从而分别引发氧化和还原反应。氧化反应的势垒位于价带顶上方，而还原反应的势垒则位于导带底下方。[2]
- 光催化剂
近年来，纳米半导体光催化技术由于其在可替代能源与环境修复方面的巨大优势而取得广泛关注，在工业生产中也得到了应用。各种各样的半导体光催化材料如 TiO2、 CdS、ZnO 和不同形貌结构如花状(SnWO4)、 棒状(ZnO)、片状(BiVO4)的二元金属氧化物在光催化领域都得到一定的应用。[3]
（1）光催化及起源
1972年日本科学家Fujishima和Honda发现了TiO2晶体表面在紫外光照射发生水分解现象。由此提出了“光催化”的概念，随后TiO2成为了被科学家研究最深入的光催化材料。TiO2光催化技术由于其高效、节能、无 二次污染等优点而逐渐成为国内外研究者关注的热点，在废气废水净化、抗菌环保等领域有着广泛的应用前景。同时，基于其的光催化技术得到了广泛的应用，包括空气的净化、水表面的自净和消毒等。但由于TiO2禁带宽度较大，常规的TiO2催化剂仅能在紫外光下才能产生催化活性，而阳光中紫外光所占的比例很少，所以其在太阳光下的催化效率很低。[4-5]人们为了解决这个问题，进行了许多研究。
除了TiO2催化剂，许多金属氧化物也是良好的光催化剂。比如氧化锌，其特点有没有毒害、容易取得等，比较适合用于有机污染物的降解。氧化锌与TiO2禁带宽度相似，具有同样的问题，即只能利用紫外线光，在阳光下催化效率较低，几乎没有可见光响应。人们通过向其掺入氮、碳等阴离子，能够有效降低其禁带宽度，从而提高可见光响应。此外，还可以通过氧空位修饰、异质结等方法提高其可见光催化活性。氧化锌的优点在于它的合成方法非常多，比如液相合成法、化学气相沉积、高温煅烧、前驱物分解等。[6]
石墨状氮化碳（g-C3N4）具有稳定的物理化学性质，低廉的制造成本和良好的光催化活性使它成为备受关注的催化材料之一。在实验室中，通常以三聚氰胺等为前驱体采用热聚合法制备石墨状氮化碳。由于其本身独特的 pi; 型共轭聚合物结构，在可见光激发下可以应用于光催化水解制氢、光催化降解有机污染物等领域。[7]作为非金属化合物，它也具有较好的光催化活性，与前述催化剂不同的是，它具有强烈的可见光响应。同时，它的制备过程简单，基本不会产生污染，而制备原料廉价易得，此外还可以通过一些改性手段进行调控，比如元素掺杂、共聚作用等，进一步提高其光催化活性。它的缺点在于自身的氧化能力较弱，无法彻底降解有机物，尤其是对双酚A一类的酚类有机物的矿化率很低。[8]
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