半导体光催化
半导体光催化产氧的导价带要求
半导体光催化产氧的导价带要求
半导体光催化是一种利用光能将光子转化为化学能的技术，广泛应用于环境净化、水分解、废水处理等领域。
其中，通过光催化产氧过程实现水分解产氢和氧气是一种重要的能源转换途径。
在半导体光催化中，导价带起着至关重要的作用。
导价带是指电子在半导体晶体中可能存在的能态范围。
在光催化产氧过程中，
导价带起到以下两个重要的要求和作用：
1. 能级位置：对于有效产生氧气的光催化剂，导价带的电位应低于水的还原电位，以便电子从水分子中被转移至导价带。
这样，光激发后的电子将能够在半导体表面与溶液中的氧化剂发生反应，促进氧气的产生。
2. 电子传输：导价带应能够提供有效的电子传输通道，以将电子从水分子转移
到半导体表面进行反应。
因此，导价带的能态密度和载流子迁移率都应适当，以确保电子在半导体中的迁移速度足够快，以避免电子在传输过程中损失。
半导体材料的选择和调控是实现有效光催化产氧的关键。
目前，一些半导体材料，如二氧化钛（TiO2）、铋氧化物（Bi2O3）、氮化硼（BN）和二硫化二铝
（Al2S2）等，被广泛应用于光催化产氧反应中。
总结起来，半导体光催化产氧的导价带要求包括适当的能级位置和良好的电子
传输能力。
光催化剂通过调控导价带能级和载流子迁移率，能够实现高效产氧反应，为未来绿色能源的开发和利用提供了重要的途径。
第六章半导体催化剂的催化作用及光催化原理
第六章半导体催化剂的催化作用及光催化原理半导体催化剂是一种新型的催化剂，具有广泛的应用前景。
在第六章中，我们将探讨半导体催化剂的催化作用及其光催化原理。
半导体催化剂的催化作用是通过改变反应物的活化能来加速反应速率。
在催化作用中，半导体催化剂首先吸附反应物分子，然后通过提供电子或空穴给反应物来促进新的键的形成。
半导体催化剂还能通过改变反应物分子的构型来影响反应的速率和选择性。
半导体催化剂的催化作用主要包括光催化和电化学催化两种方式。
光催化是指在可见光照射下，半导体催化剂的表面能够吸收光能，并将其转化为电荷泵动力，从而加速反应物的吸附和分解速率。
光催化还可以通过激活溶液中的氧分子，产生具有强氧化性的自由基，从而促进氧化反应的进行。
电化学催化是指在电荷的作用下，半导体催化剂表面的氧化还原反应会被调控，从而推动反应物的转化。
半导体催化剂的光催化原理是基于其半导体的特性。
当半导体催化剂的表面吸附光能时，电子会被激发，从价带跃迁到导带，产生自由电子和空穴。
自由电子和空穴的形成导致表面电荷分离，并产生电子传导和空穴传导。
自由电子和空穴的流动使得反应物在半导体催化剂表面上更易被吸附，从而增加了反应速率。
此外，光照还可以改变半导体催化剂表面的能级结构，对反应物分子的电子结构进行调控，进一步促进反应的进行。
半导体催化剂的电化学催化原理是利用电荷的转移来加速反应速率。
半导体催化剂表面吸附的反应物分子会与表面的电子进行电子转移，形成活性中间体，进而参与反应。
此外，半导体催化剂表面的电荷分离还可以调控反应物的吸附和解离步骤，从而提高反应的选择性和效率。
总的来说，半导体催化剂具有催化作用和光催化原理。
通过探索半导体催化剂的催化作用机理和光催化原理，可以为半导体催化剂的合成与应用提供更加科学、高效的方法。
随着对半导体催化剂的研究深入，相信半导体催化剂将在环境保护、能源转化等领域中发挥重要作用。
半导体光催化基础光催化剂课件
半导体能带结构
能带理论
能带理论是描述固体中电 子运动的模型，它把电子 的运动状态分为不同的能 带。
价带和导带
价带是最高填满电子的能 带，导带是最低未被填满 电子的能带。
能隙
能隙是价带顶和导带底之 间的能量差，它决定了半 导体的光学和电学性质。
半导体光催化过程
光催化过程定义
光催化过程是在光的照射下，半导体 材料吸收能量，使得电子从价带跃迁 到导带，从而产生电子-空穴对的过程 。
化学沉淀法
总结词
化学沉淀法制备的光催化剂成本较低，但纯度较低。
详细描述
化学沉淀法是一种常用的光催化剂制备方法，通过向金属盐溶液中加入沉淀剂， 使金属离子形成沉淀物，再经过洗涤、干燥和热处理得到光催化剂。该方法制备 的光催化剂成本较低，但纯度较低，需要进一步提纯。
热解法
总结词
热解法制备的光催化剂具有较高的热稳定性和化学稳定性， 但制备过程需要高温条件。
详细描述
热解法是一种常用的光催化剂制备方法，通过将有机金属盐 或金属醇盐在高温下进行热解反应，得到光催化剂。该方法 制备的光催化剂具有较高的热稳定性和化学稳定性，但制备 过程需要高温条件，且原料成本较高。
其他制备方法
总结词
除了上述方法外，还有多种其他制备光催化剂的方法，如水热法、微波法等。
详细描述
光催化技术的发展历程
总结词
光催化技术的发展经历了基础研究、技术成熟和应用拓展三个阶段。
详细描述
光催化技术的研究始于上世纪70年代，最初主要是对光催化反应机理的基础研究。随着技术的不断发 展，进入90年代后，光催化技术逐渐走向成熟，并开始应用于实际生产中。目前，随着科研的深入和 技术进步，光催化技术的应用领域不断拓展，成为一种备受关注的环境友好型技术。
半导体材料光催化作用的机理
半导体材料光催化作用的机理半导体材料光催化作用是一种通过光照射下激发半导体表面的电子和空穴，从而在材料表面上进行气体或溶液的催化反应的方法。
光催化作用广泛应用于环境污染处理、可持续能源的制备和有机合成等领域。
本文将详细探讨半导体光催化作用的机理。
半导体材料的光催化作用的机理主要可以分为三个步骤：光激发、光生载流子的分离和表面的催化反应。
首先，当光照射到半导体材料上时，光子激发了材料中的电子和空穴。
这是因为半导体材料晶格中的价带和导带之间存在能隙，光子能量足够大时可以激发电子从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。
这个过程被称为光激发。
接下来，光生载流子的分离过程非常重要。
在半导体材料中，激发电子和空穴很容易重新组合并释放掉能量，导致光催化作用的效率降低。
所以，为了有效地利用光生载流子进行催化反应，需要将电子和空穴分离。
这可以通过材料表面的特殊结构或添加杂质等方式实现。
在分离后，电子和空穴可以在半导体材料中自由移动，并在表面附近发生催化反应。
这个步骤被称为表面的催化反应。
在催化反应中，光生载流子可以参与氧化还原反应、光解水等多种反应过程。
例如，在环境污染处理中，光生电子可以与含氧物质接触并捕获氧原子，从而催化有机物的氧化降解，净化废水或废气。
除此之外，半导体材料的能带结构也对光催化作用有影响。
一般情况下，半导体材料的导带底部处在氧化还原的高能级位置，而价带顶部处在较低能级。
这样的能带结构有利于光生载流子的分离和催化反应。
此外，半导体材料的光吸收范围也会影响光催化作用的效率。
为了提高光吸收能力，可以通过材料的晶体结构设计或增加杂质来实现。
总结起来，半导体材料光催化作用的机理涉及光激发、光生载流子的分离和表面的催化反应三个步骤。
光催化作用的效率受到材料的能带结构、光吸收范围和表面结构等因素的影响。
在深入理解这些机理的基础上，可以进一步优化半导体材料的性能，提高光催化反应的效率，拓展光催化作用在环境保护、能源利用等领域的应用。
工业催化-第六章半导体催化剂的催化作用及光催化原理
2 空气净化
3
半导体催化剂通过光催 化作用分解空气中的有 害气体，提高空气质量。
可再生能源制氢
半导体催化剂通过光解 水生产氢气，用于替代 化石燃料，推动可再生 能源革命。
光催化技术的发展和前景
技术优势
半导体催化剂通过光照催化反应，具有高效、 可重复使用、环保等优势。
产业前景
随着可再生能源和环保要求的提高，半导体催 化剂将成为促进工业发展的重要催化剂。
半导体光催化原理
光伏效应
半导体催化剂能够利用太阳光 照直接在催化剂表面建立电势 差，激活反应物质，并发生化 学反应。
电子空穴对
当半导体催化剂表面受到光照 时，电子在离开芯片时留下空 穴。这些空穴与电子形成对， 可以加速化学反应。
表面吸附效应
半导体催化剂表面上的活性位 点可以形成吸附物质的区域， 在光照的作用下发挥催化作用。
工业催化-第六章半导体 催化剂的催化作用及光催 化原理
欢迎来到我们的演示！今天我们将介绍半导体催化剂的工业应用，以及它们 如何改变催化业。
催化剂的定义和作用
定义
催化剂是不参与反应过程但可以改变反应速率的 物质。催化是现代催化化学的核心课题之一。
作用
催化剂可以加速反应，减少能量消耗，减少有害 废物的产生，提高反应的选择性和效率。
半导体催化剂的特点
对光敏感
半导体催化剂能够利用太阳光线进行催化反 应。
高效节能
半导体催化剂将光能转化为化学能，在化学 反应中发挥重要作用，以更加节能的方式催 化反应。
可重复使用
半导体催化剂在经过恰当处理后，可以多次 使用。
环保可持续
半导体催化剂能够利用可再生能源进行工业 催化，大大降低对环境的污染，推动工业发 展。
光催化的原理及应用领域
光催化的原理及应用领域1. 简介光催化是一种利用光激发材料表面电荷的工艺，通过光催化材料吸收光能并产生带隙激发，进而在材料表面产生活化能的过程。
光催化广泛应用于环境治理、能源转化、有机合成等领域。
本文将介绍光催化的原理和在不同应用领域中的具体应用。
2. 光催化的原理光催化的原理主要基于半导体材料的光电化学性质。
当光照射到光催化材料表面时，光子被半导体材料吸收并激发其电子到导带。
此时，半导体表面会形成负电荷的电子和正电荷的空穴。
这些电子和空穴能够参与一系列光催化反应，如有机物降解、水的分解产生氢气等。
光催化反应过程中，当光催化材料与底物接触，光激活的电子和空穴能与溶液中的活性物质发生反应。
其中，光激活的电子具有还原能力，可与氧气或有机污染物发生还原反应；光激活的空穴则具有氧化能力，可与水分子或其他电子供体发生氧化反应。
3. 环境治理中的应用3.1 空气净化3.1.1 VOCs降解光催化技术可用于有机挥发性污染物(VOCs)的降解。
光催化反应能够将VOCs 氧化分解为无害的二氧化碳和水等物质，并通过催化剂表面的活性位点实现降解。
3.1.2 PM2.5净化光催化材料可通过光催化反应将PM2.5中的有害物质分解，净化空气。
3.1.3 空气中有害气体的转化光催化还可以用于空气中有害气体的转化，如氨气、二氧化硫等。
3.2 水处理3.2.1 有机物降解光催化技术在水处理中可将有机物降解为无害物质，如光催化降解有机染料、抗生素等。
3.2.2 水分解产氢光催化技术可将水分解产生氢气，为氢能源的开发和利用提供了一种有效途径。
4. 能源转化中的应用4.1 光电池光催化技术可应用于太阳能电池领域，通过将光激发的电子和空穴分离，将光能转化为电能。
4.2 光催化水裂解产氢光催化水裂解是一种绿色的产氢技术，可以将太阳能转化为可储存的氢气能源。
5. 有机合成中的应用光催化技术在有机合成中具有重要的应用价值。
光催化反应可以代替传统的热催化反应，降低反应温度，提高反应选择性和收率。
窄带隙半导体光催化剂
光催化
光催化性是纳米半导体材料的独特性能 之一。纳米半导体材料在光的照射下，通 过把光能转化为化学能，促进化合物的合 成或使化合物降解的过程称之为光催化。
利用半导体材料作为光催化剂可催化降解有机
污染物，催化剂在光辐射下将有机物降解，并最 终完全矿化为CO2、H2O和毒性小的有机物、无 机离子等，在能源、绿色化学方面显示出其独特 的功效。
窄带隙半导体光催化剂
可见光相应型半导体材料，通常又被称作窄带 隙半导体光催化剂，它能在可见光范围内被直接 激发产生光生载流子等。
新型窄带隙半导体一般是过渡金属的化合物或 络合物以及三元或多元氧化物，带隙约在2.03.0eV，能被波长410-620nm的光照所激发，而 此波段覆盖了大部分可见光。因此，窄带隙半导 体的开发使直接充分利用太阳光进行光催化分解 水和降解有机污染物成为可能。
光催化剂的应用
有机污染物的降解 无机污染物的降解 抗菌消毒作用 化学合成作用 体大多为二元或多元金 属氧化物和硫化物，一般都具有一定的禁带宽度 Eg。当能量等于或大于带隙宽度的可见光照射半 导体时，价带电子被激发跃迁到导带，在价带留 下相应的空穴，形成光生电子-空穴对。半导体吸 收能量大于禁带宽度Eg的光子，激发产生电子-空 穴对；激发的电子和空穴迁移到半导体颗粒的表 面；如果能带边缘位置符合某种要求时，光生电 子和空穴就会与水或有机物发生氧化还原反应， 从而引发光催化降解反应。
经过30多年广泛深入的研究，光催化技术仍难 以实现高效廉价的太阳能转化，一个主要的原因 是以TiO2为代表的一系列半导体光催化剂一般具 有较大的禁带宽度（如锐钛矿TiO2的禁带宽度 Eg=3.2eV)，仅在紫外光范围内有响应，而波长
在400nm以下的紫外光不足太阳总能量的5%，占 太阳光总能量的43%左右的可见光主要集中在 400-700nm波段，这极大地限制了它们在可见光 照射下的光催化应用。因此，如何充分利用可见 光，设计与开发具有可见光响应的半导体光催化 剂是提高太阳能利用率，最终实现产业化应用的 关键。
半导体光催化技术在环境污染治理中的应用
半导体光催化技术在环境污染治理中的应用环境污染是一个世界性的问题，近年来越来越严重。
其中水污染问题尤为突出，如何治理水污染一直是国际社会面临的重大挑战。
在治理水污染的过程中，半导体光催化技术得到了广泛应用。
半导体光催化技术是一种通过光、半导体催化剂和氧气等自由基的作用来降解有机污染物的技术。
这种污染物降解的过程中，最终形成水和二氧化碳，不显著地产生二次污染。
半导体光催化技术被广泛运用于环境污染治理领域，涉及废水、废气、土壤污染等方面。
本文将重点介绍半导体光催化技术在水污染治理中的应用。
一、半导体光催化技术在水污染治理中的原理半导体光催化技术的原理其实很简单。
这种催化技术的核心是一种半导体材料，如TiO2、ZnO等。
当这些半导体材料受到阳光的照射时，它们会吸收阳光的能量，产生激发态电子和空穴，这两者会与有机污染物中的电子和离子发生反应，逐步将其降解成水和二氧化碳。
整个过程中产生的激发态电子和空穴是非常活跃的自由基，它们的作用让传统的等离子体、臭氧等技术相比有着更好的降解效果。
二、半导体光催化技术在水污染治理中的优势半导体光催化技术在治理水污染方面有很多的优势。
首先，这种技术可以比较高效地降解各种有机污染物，包括化学药品、化学品、石油、沥青和合成树脂等。
其次，半导体光催化技术可以在泥泞、高温、低温、少氧或高盐度等恶劣条件下运行，同时也不会产生任何的二次污染。
再次，这种技术的运行成本相对较低，而且设备简单易操作。
最后，半导体光催化技术所使用的材料具有不应激的物理和化学稳定性，而且比较可靠、先进、成熟。
三、半导体光催化技术在水污染治理中的应用案例半导体光催化技术已经在水污染治理方面得到了广泛的应用。
举个例子，日本的某种饮料厂的废水处理工艺采用了半导体光催化技术，通过其处理后废水可以回收利用。
此外，在国内，半导体光催化技术也被应用于各种废水处理中心、水厂等工业场所和厂家。
四、半导体光催化技术在水污染治理中的发展趋势由于国际上对环境保护的认识越来越高，人们对水污染治理的要求也越来越高。
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论文题目：半导体光催化综述学生姓名：学生学号：专业班级：化学工程与工艺2班学院名称：化学化工学院指导老师：目录摘要 (3)关键词 (3)绪论 (3)半导体光催化原理 (4)半导体光催化反应影响因素 (5)提高半导体光催化效率的方法 (6)代表性光催化剂 (9)应用 (9)存在的问题和发展趋势 (11)结论 (12)参考文献 (12)半导体光催化摘要1972年Fujishima和Honda 在Nature杂志上发表的关于TiO2电极上光分解水的论文可以看作一个多相光催化新时代开始的标志。
从那时起。
来自化学、物理、材料等领域的学者围绕太阳能的转化和储存、光化学合成，探索多相光催化过程的原理，致力于提高光催化的效率。
目前，光催化消除和降解污染物成为其中最为活跃的一个研究方向，并取得很多成果。
目前在多相光催化研究中所使用的光催化剂大都是半导体。
几乎在半导体的光催化特性被发现的同时，就开始试验各种半导体的光催化活性，并对其进行改性研究。
本文将对半导体光催化剂的作用原理，改性研究，应用范围和研究进展及发展方向加以综述。
关键词：半导体光催化，原理，光催化效率，二氧化钛绪论半导体光催化是近30年发展起来的新兴研究领域。
半导体光催化材料在光照射下，能够被光子所激活，实现电子或空穴流动，并在其表面上发生很强的氧化(或)还原作用，即反应体系在光催化下将吸收的光能直接转化为化学能，使许多通常情况下难以实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。
自80年代末，人们开始将光催化应用于环境污染控制领域，由于该技术能有效地破坏许多结构稳定的生物难降解污染物，与传统水处理技术相比，具有明显的节能、高效、污染物降解彻底等优点，且光催化技术易操作，无二次污染，它已成为一种有重要应用前景的环境治理方法，引起了国内外学者的普遍重视。
至今人们已对各种类型的半导体光催化反应进行了广的研究，取得了一定的成就。
目前，光催化广泛应用于太阳能电池，杀菌消毒、环境净化，医疗卫生等诸多方面，已显示出巨大的潜力和长久的生命力，根据月球上紫外光辐射强的特点，Tennakone甚至在1993年提出了以稳定的宽带隙半导体为光催化剂，利用光催化技术净化月球基地生活用水的可能性。
半导体光催化原理1972年，FUJISHIMA等人在TiO2，电极上发现了光催化分解水的现象，从而开辟了半导体光催化这一新领域，这也是多相光催化新时代开始的标志。
他们借鉴植物的光合作用原理设计了一个太阳光伏打电池，即在水中插入一个n型半导体二氧化钛电极和一个铂(铂黑)电极，当用波长低于415 nm的光照射二氧化钛电极时，可以发现在二氧化钛电极上有氧气释放，在铂电极上有氢气释放。
这一现象的产生，是由于光照使半导体阳极产生了具有极高氧化还原的电子空穴对造成的。
而半导体在上述过程中仅仅作为一种媒介，反应前后是不发生变化的。
随后的大量研究发现，即使直接将有金属铂沉积的二氧化钛悬浮于水中，在光照下也能使水分解，光催化正是在这个概念和方法的基础上发展起来的。
根据固体能带理论，半导体的基本能带结构是：存在一系列的满带，最上面的满带称为价带(VB)；存在一系列的空带，最下面的空带称为导带(CB)；价带和导带之间称为禁带，因而半导体的能带是不连续的。
当用能量等于或大于禁带宽度(Eg)的光照射时，半导体价带上的电子受光激发跃迁到导带，形成带负电的高活性电子；同时，在价带产生相应带正电的空穴，这样就在半导体内部生成电子(e-)一空穴(h+)对。
光生空穴能够与吸附在催化剂表面的OH-或H2O发生反应生成·OH，它的氧化活性比空穴更高，能够氧化多种有机物并使其矿化。
光激发产生的电子和空穴也可能在半导体内部或表面复合，如果没有适当的电子和空穴俘获剂，储备的能量在几毫秒内就会由于复合而消耗掉，而如果选用适当的俘获剂或表面空位来俘获电子或空穴，复合就会受到抑制。
由上述光催化作用原理分析可知，光催化过程实际上包含氧化反应和还原反应两个过程，分别反映了光生空穴和光生电子的反应性能，同时二者又相互影响、相互制约。
以TiO2为例，经方程(1)产生的e-和h+除了可以直接与反应物作用，还可与吸附在催化剂上的其它电子受体或给体反应。
溶氧条件下在液相中可能引发方程(2）—(11)所示的过程,产生多种高反应活性的自由基，发生有意义的氧化还原反应:e-能还原氧化性较强的金属离子生成金属单质，h+和H2O2及.OH、HO2.等自由基以其本身的强氧化性则可引发某些有机反应或氧化破坏许多化合物。
半导体光催化反应影响因素催化剂结构晶相结构(1)晶型用作光催化的Ti02主要有锐钛型Ti02和金红石型两种晶型。
由于晶胞八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同，使得金红石型Ti02表面吸附有机物和氧气的能力不如锐钛矿型，因而锐钛矿型的催化活性明显高于金红石型。
(2)晶面利用单晶表面的规则结构，对其表面吸附程度和活性中心的研究发现，由于Ti02不同晶面上粒子的排布不同，则不同晶面上对物质降解的光催化活性和选择性将有很大差别，因此锐钛矿型和金红石型Ti02所构成的混合晶型的光催化活性一般要比单一晶型Ti02的光催化活性强心，这种混合催化剂活性高的原因是由于不同晶相颗粒间形成了表面结，提高了单一催化剂活性。
(3)晶格缺陷研究表明，晶格缺陷是光催化反应中的活性位。
但过多的缺陷也可能成为电子空穴的复合中心，从而降低反应活性。
晶粒大小粒径是影响光催化活性的重要因素。
纳米尺寸(1—10 nm)的晶粒能产生量子尺寸效应，导致禁带变宽，从而具有更强的氧化一还原能力，且催化活性也随着尺寸量子化程度的提高而增加。
同时，量子化的粒子更容易让分离的电子一空穴对扩散到表面。
从而减少体相内的复合几率，并增加催化剂的表面积，使得比表面积对反应速率的约束减小，且表面缺陷和活性中心增加。
这些都有利于光催化活性的提高。
表面积光催化反应是由光生电子与空穴引起的氧化还原反应，表面积是决定反应基质吸附量的重要因素。
因此，当晶格缺陷等其他因素相同时，表面积越大，则吸附量就越大，而光催化反应的活性也就越高。
光学表面态纳米粒子的表面原子与总原子数之比随纳米粒子尺寸的减小而急剧变化，从而引起性质变化，这种具有决定表面光学特性的表面态称为光学表面态，它在光催化过程中起着重要作用。
pH值pH值对光催化的影响主要是通过改变催化剂表面特性、表面吸附和化合物的存在形态来实现的，不同有机物的光催化降解反应具有不同的最佳pH值。
外加氧化剂光生电子-空穴对被催化剂表面晶格缺陷俘获后，如果没有适当的电子或空穴俘获剂，电子一空穴对很快就会复合。
因此，必须选用适当的俘获剂或表面空位来俘获电子或空穴，复合才会受到抑制，比较有效的方法是向反应液中加入氧化剂。
这些氧化剂本身是一种良好的电子接受体，不但可以与光生电子结合，其本身也可以氧化有机物。
光降解反应中，通常加入02，H2O2，03，S2O82-，Fe203，等氧化剂作为光生电子的受体，以阻止电子一空穴对的复合。
此外光源，半导体催化剂的用量也会影响催化反应。
提高半导体光催化效率的方法半导体的光催化特性已经被许多研究所证实，但从利用太阳光的效率来看，还存在以下主要缺陷：一是半导体的光吸收波长范围狭窄，主要在紫外区，利用太阳光的比例低；另一一是半导体载流子的复合率很高，因此量子效率较低。
实际上，从半导体的光催化特性被发现起，就开始对半导体光催化剂进行改性研究。
改性的目的和作用包括提高激发电荷分离，抑制载流子复合以提高量子效率；扩大起作用光的波长范围；改变产物的选择性或产率；提高光催化材料的稳定性等，这些其实也是量度半导体光催化剂好坏的指标。
半导体光催化剂的改性光催化剂是光催化氧化过程得以进行的关键，因此光催化剂活性的高低是光催化氧化反应是否实用的一个决定性因素。
光催化剂在适当光能的作用下产生光生电子一空穴对，它们分别与吸附在催化剂表面的02及H2O作用，形成高活性的羟基自由基·OH。
但光生电子和空穴产生后，除上述作用外，还存在着很高的复合率，从而导致光催化的量子效率很低。
因此，为了提高量子效率或催化剂的催化活性，必须对半导体光催化剂进行改性。
改性的主要目的是：促使光生电子与空穴的分离，抑制其复合，从而提高量子效率；扩大激发光的波长范围，以便充分利用太阳能；提高光催化剂的稳定性。
目前，有数种常用的半导体光催化剂的改性技术。
催化剂表面贵金属沉积。
贵金属半导体光催化剂表面的沉积可以采用浸渍还原法。
即将催化剂颗粒浸渍在含有贵金属盐的溶液中，然后将浸渍颗粒在惰性气体保护下用氢气高温还原；也可采用光还原法，即催化剂颗粒浸渍在含有贵金属盐和有机物(如醋酸、甲醇等)溶液中，然后在紫外光照射下，贵金属被还原而沉积在催化剂表面。
最常用的沉积贵金属是Pt，Au，Ru，Ag等。
贵金属的沉积普遍提高了催化剂的光催化活性，包括水的分解、有机物的氧化以及贵金属的氧化等。
催化活性的提高以及可利用的激发光波长的扩展是由于半导体催化剂表面与贵金属接触时，光生载流子重新进行分布、电子从费米能级较高的半导体转移到费米能级较低的金属，直到它们的费米能级相等，从而形成肖特基势垒。
所形成的肖特基势垒就成为俘获光生电子的有效陷阱，因而抑制了光生电子与空穴的复合。
而Beydoun等则认为半导体表面所沉积的金属与半导体形成了一个短路微电池，电子流向金属电极，而空穴则将液相中的有机物氧化，从而降低了电子与空穴的复合率。
金属离子掺杂。
采用浸渍后高温焙烧、光辅助沉积等方法，可将金属离子掺杂于半导体催化剂中。
掺杂的金属离子不同，所引起的变化也不一样，有些金属离子有利于提高光量子效率，而有些则效果不佳，甚至是有害的。
这是由于某些金属离子能有效地俘获催化剂表面半导体导带中的电子，从而降低了电子与空穴的复合速率，并有可能使掺杂后催化剂的吸收波长范围扩展至可见光区。
复合半导体。
近年来的研究表明，复合半导体(主要是二元半导体)几乎表现出高于单个半导体的光催化性质，有些还能使激发光的波长范围扩展到可见光如：TiO2一SnO2、Ti02一WO Ti02一SiO2、Ti02一MnOx等。
二元复合半导体光活性的提高可归因于不同能级半导体之间光生载流子的迁移和分离。
如Ti02一CdS 复合半导体，当激发光能足够时，TiO2和CdS同时发生带间跃迁。
由于两者之间导带和价带能级的差异，光生电子聚集在Ti02的导带，而空穴则聚集在CdS的价带，这样光生载流子得到了分离，从而提高了量子效率。
半导体光催化剂的光敏化。
半导体光催化剂的光敏化即将光活性(敏化)物质以物理或化学方法吸附于半导体光催化剂的表面。
常用的光敏化剂大多为染料，如曙红、劳氏紫、酞菁、玫瑰红、卟啉等。
这些光敏化剂的使用，不仅扩展了半导体的激发光波长范围，而且它们的量子效率也很高(在30％～80％之间)。