光催化技术是一种利用光能驱动化学反应的过程，其核心原理基于半导体材料的光电特性与氧化还原反应机制。以下是其基本原理的详细解析：

1. 光吸收与电子激发

光催化反应的第一步是半导体材料吸收光能。当入射光（通常为紫外光或可见光）的能量高于半导体材料的带隙能量（即禁带宽度）时，价带中的电子被激发跃迁至导带，形成光生电子（e?）和空穴（h?）对。例如，二氧化钛（TiO?）的带隙为3.2 eV，主要吸收紫外光，而通过掺杂或结构改性可扩展至可见光范围。

2. 电荷分离与迁移

光生电子和空穴在半导体内部通过电场作用或扩散分离，并迁移至材料表面。这一过程需克服电子-空穴对的复合（如体内或表面复合），复合会导致能量以热或光的形式耗散，降低效率。通过优化材料结构（如异质结、缺陷调控）或外电场辅助（如电助光催化），可促进电荷分离。

3. 表面氧化还原反应

迁移至表面的电子和空穴分别参与还原和氧化反应：

以TiO?为例，其导带电位（-0.1 eV）足以还原H?生成H?，而价带电位（+3.1 eV）可氧化有机物至CO?和H?O。

4. 催化循环与影响因素

光催化剂在反应中保持活性，通过持续吸收光能实现循环使用。反应效率受以下因素影响：

5. 应用领域

光催化技术广泛应用于：

光催化技术通过半导体材料的光电转换机制，将光能转化为化学能驱动反应，其效率依赖于光吸收、电荷分离及表面反应三个关键步骤的协同作用。未来研究方向包括开发窄带隙材料（如钙钛矿量子点）、优化电荷分离策略（如界面工程）以及拓展多场景应用（如工业废水处理）。