光催化
一、能源问题
煤、石油、天然气均是亿万年地球运动积累而成，不能循环使用，也不可能大量地人工合成，不可能回收。在过去100年里，人类消耗了1420亿吨石油和2650亿吨煤，消费了世界56％的石油和60％以上的天然气，以及50％以上的重要矿产资源。按能源的声场方式不同科分为一次能源，二次能源，其中一次能源是指自然存在的、可以直接利用的能源如化石燃料，风能，水力能，核能，太阳能，地热能。而二次能源则是指无法从自然界直接获取，必须经过一次能源的消耗才能得到的能源。如电力，汽油，煤气，蒸气等。若按可否再利用分类，则可分为可再生能源(renewable energy)：不断获得补充的能源，如，太阳能、生物质能、化学电源、氢能等，以及不可再生能源：一旦开采枯竭，便不能再恢复。如煤、石油、核燃料等。
二、环境问题
全球气候在近几十年同步变暖，明显开始发生温室效应；森林破坏速度：每年1130万公顷，以0.35 毁灭，荒漠化面积：～地球陆地1/4；全球每年排放SO2 2.9亿吨，NOx约为5千万吨，可吸入粉尘→酸雨、光化学烟雾、呼吸道疾病……
除了以上所阐述的能源资源短缺问题以及环境污染问题，人口和生活质量的提高，全球能源消耗每年仍以2％速度增加，唯一出路是新增部分由可再生能源补充。1870年的科幻小说中第一次提及，当时提及的月球旅行、海底旅行、机器人等现在已经实现，水产生氢能源在20世纪成为现实；特征是取之不尽；绿色清洁；便于储存；使用方便，即可作为汽车燃料，也可通过燃料电池直接转化为电能。
三、半导体光催化
半导体光催化是有希望的技术，可以大量的应用于环境保护，例如，空气净化，有毒废水处理，水的净化等。光催化剂（一般为半导体材料）在光(可见光或者紫外光)的照射下，通过把光能转化为化学能，从而具有氧化还原能力，使化合物（有机物、无机物）被降解的过程称为光催化净化。
光催化(Photocatalysis)是一种在催化剂存在下的光化学反应，是光化学与催化剂的有机结合，因此光和催化剂是光催化的必要条件。“光催化”定义为:通过
催化剂对光的吸收而进行的催化反应(acatalyticreactioninvolvinglightabsorptionbyacatalystorasubstrate)。氧化钛(TiO2)具有稳定的结构、优良的光催化性能及无毒等特点，是近年研究最多的光催化剂，但是，TiO2具有大的禁带宽度，其值为3.2eV，只能吸收波长A≤38711111的紫外光，不能有效地利用太阳能，光催化或能量转换效率偏低，使它的应用受到限制。因此，研制新型光催化剂、提高光催化剂的催化活性仍是重要的研究课题。复合掺杂不同半导体，利用不同半导体导带和价带能级的差异分离光生载流子，降低复合几率，提高量子效率，成为提高光催化材料性能的有效方法。
与一元氧化物如TiO2和ZnO等光催化剂相比，复合氧化物光催化剂，如ZnO-SnO2TiO2-SnO2和WO3-TiO2等体系具有吸收波长更长和光催化效率更高等特点因而成为研究热点。
1，常用的光催化剂的制备方法
（一）水热合成法。
热合成反应是在特制的密封容器中（能够产生一定的压力），以水溶液作为反应介质，通过对反应体系加热或接近其临界温度而产生高压，从而进行材料的合成与制备的一种有效方法。
（二）溶剂热合成法
溶剂热合成技术是在水热法的基础上，以有机溶剂代替水作为介质，采用类似水热合成的原理制备纳米材料，极大的扩展水热法的应用范围。
（三）溶胶-凝胶法
溶胶凝胶法是一种制备超微粉体的有效方法，近年来备受重视。它是利用金属无机盐或醇盐水解构成溶胶-凝胶，在经过热处理可以得到超微粉体。该反应过程易于控制，热处理温度低，水解反应可以均匀和分步发生并能达到原子或分子水平，非常适合于高活性复合组分粉体或者陶瓷粉体的制备。
（四）超声化学制备法
超声波化学(sonochemistry)又叫做声化学,它的原理来自于声空化(cavitation),是通过声空化提高反应产率和引发新的化学反应的学科,是声能量和物质之间一种很独特的相互作用。
（五）微乳法
微乳法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个均匀的乳液，从乳液中析出固相，可使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内，从而可形成纳米级的球形颗粒，同时避免颗粒之间进一步团聚。这一方法的关键之一，是使每个含有前驱体的水溶液滴被一连续油相包围，前驱体不溶于油相中，即形成油包水（W/O）型乳液。这种非均相的液相合成法，具有粒度分布较窄且容易控制等特点。
目前，水热法是其中最为常用的方法，因其具有简单的操作过程，适宜的条件，设备简单只需要一只聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜，将反应物混合搅拌之后加入其中，设定反应条件即可进行反应。
总之，各种处理方法都有自己的优缺点。目前光催化氧化法是使用较为广泛的处理方法。以半导体粉末为催化剂的光催化氧化污染物处理技术，由于具有能耗低、操作简单、反应条件温和以及无二次污染等优点，成为近年来日益受重视的污染治理新技术。实验研究证明，以TiO2为代表的光催化剂在紫外光照射下产生的空穴和自由基具有很强的氧化能力，对水中难降解有机物均能有效降解直至完全矿化为CO2，H2O及其它简单无机物，是一种无选择性的高级氧化处理技术，在环境污染治理领域具有广阔的应用前景。但在光催化氧化技术中，高活性的催化剂的制备是该技术的关键，也是人们一直关注的问题。
四、光催化剂作用机理：
所谓光催化氧化法就是在水溶液中加入一定量的半导体光催化材料，结合具有一定能量的光照射，光敏半导体材料被光激发出电子-空穴对（e−-h+），从而发生一系列的氧化还原反应，使有毒的污染物得以降解为无毒或毒性较小的物质的一种水处理方法。光催化即意味着光化学与催化剂二者的有机结合，因此光与催化剂是引发和促进光催化氧化还原反应的必要条件。半导体材料之所以能作为光催化剂是由于其自身的光电特性所决定的。在光催化氧化法中起关键作用的半导体，它的能带结构常是由于一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之间的区域称为禁带。半导体的禁带一般为2-3eV，是一个不连续区域，半导体的光催化特性是由它的特殊能带结构所决定的。当半导体受到大于其带隙能的光激发时，价带上的电子（即光生电子）就会跃迁至导带，而在价带留下相应的空穴（光生空穴）。
