半导体光催化剂的催化原理主要基于光能激发下的电子-空穴对分离与复合。当光照射到半导体催化剂表面时，能量大于半导体禁带的入射光子会将价带电子激发到导带，同时在价带留下空穴。这些电子和空穴在催化剂表面迁移，参与催化反应。
具体原理如下：
1. 光激发：光子被半导体吸收后，价带电子获得能量跃迁到导带，留下空穴。
2. 电子-空穴对分离：由于半导体内部电场的作用，电子和空穴迅速分离，分别迁移到催化剂的表面或界面。
3. 催化反应：电子和空穴在催化剂表面或界面处参与催化反应，如分解水制氢、有机污染物降解等。
4. 复合与再生：若电子和空穴在反应过程中未能有效分离，则可能发生复合，失去催化活性。因此，如何提高电子-空穴对的分离效率是研究的关键。
研究现状：
1. 新型半导体材料的研究：开发具有更高光吸收效率和更高电子-空穴分离效率的新型半导体材料。
2. 界面工程：通过界面修饰和界面工程，提高电子-空穴对的分离效率。
3. 催化剂复合体系的研究：将半导体光催化剂与其他催化剂结合，形成复合体系，以实现协同催化。
4. 实际应用研究：将半导体光催化剂应用于实际的环境净化、能源转换等领域。
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