光觸媒一定是半導(dǎo)體材料嗎?

【專家解說】：為什么大部分光觸媒材料都是半導(dǎo)體？因?yàn)榘雽?dǎo)體有一特殊的能帶結(jié)構(gòu)，上面一層為傳導(dǎo)帶，下層則為價(jià)電子帶，其間的區(qū)域稱為能隙〈或禁制帶〉。當(dāng)原子數(shù)目少時(shí)，電子各占據(jù)不同軌道，各軌道能帶是分離的，且各有不同能量。當(dāng)原子數(shù)目增加后，各分離軌道的能量差值減小至無法分辨的情形下，會形成一帶狀區(qū)域，稱為能帶。當(dāng)無外界刺激時(shí)，所有的電子都在價(jià)電子帶中，呈現(xiàn)類似動(dòng)物冬眠的狀態(tài)，這些電子沒有導(dǎo)電的作用。這些電子如果想具有導(dǎo)電的功能，必須越過一定的能量門檻，這個(gè)門檻的高低就是能隙的大小。能隙像是一座高山矗立在電子的前面，電子要想變身成為可導(dǎo)電的電子〈稱為電子〉，就必須攀上這座高山。當(dāng)半導(dǎo)體材料受到外界能量〈如光、熱、電場〉的刺激，如果所受到刺激的能量大于能隙的能量時(shí)，在價(jià)電子帶中的電子會越過能隙，進(jìn)入傳導(dǎo)帶中變成電子。電子在傳導(dǎo)帶中可移動(dòng)自如，產(chǎn)生導(dǎo)電的作用。同時(shí)在原來的價(jià)電子帶中也會相對產(chǎn)生一個(gè)電洞，電洞產(chǎn)生的數(shù)目與電子一樣多。 所有的半導(dǎo)體都能做為光觸媒材料嗎？當(dāng)半導(dǎo)體材料受到具有足夠能量的光照射時(shí)，會在傳導(dǎo)帶中產(chǎn)生電子，在價(jià)電子帶中形成電洞。部分的電子與電洞因正負(fù)電相吸引的關(guān)系，會相互結(jié)合、產(chǎn)生熱量；另外一部分電子與電洞則移至材料表面再進(jìn)行氧化還原作用?；旧希庥|媒使用的都是半導(dǎo)體材料，但并非所有的半導(dǎo)體材料都能成為光觸媒，關(guān)鍵在于電子及電洞的結(jié)合機(jī)率及狀態(tài)。像是硅上面的電子與電洞，在沒有外加線路的導(dǎo)引下，極容易重合在一起，正負(fù)電相互中和，就沒有多余的電子與電洞可移至表面進(jìn)行反應(yīng)。因此，控制電子與電洞的結(jié)合速率及結(jié)合程度，為影響光觸媒反應(yīng)的一項(xiàng)關(guān)鍵所在。 參考資料