將光觸媒的粒子納米化，從理論上將產生4種納米效應，可以有效提高量子產率，利于光催化反應進行。
1.能級移動由量子效應引起的導帶電子和價帶空穴的能級移動，使光觸媒的還原性和氧化性增大，使得不能被普通微米級粒子還原的粒子可以被超微粒子還原。這個效應可以認為與電極反應中電壓增大的效果類似。然而單體反應速度并不一定因為光觸媒粒子納米化而加快。例如，在均二苯代乙烯的異構化反應中，使用納米級的光觸媒和常規體相材料相比，活性增大50倍。這是因為對于超微粒子來說，其電子俘獲能級在導帶附近上升的緣故。并且這種能級的移動伴隨著吸收光譜向短波方向移動。這就是常說的“藍移效應”，這種效應導致納米光觸媒在外觀上會帶一些微微的藍光，但是反過來并非外觀代微微藍光的就一定是納米光觸媒，還要通過科學的手段來進行分析。
2.光激發位置趨近表面半導體的粒徑變小，光激發產生的電子-空穴對能很快擴散到催化劑表面。由于光催化反應是在表面發生的，可以使更多的光生電子和空穴被氧化劑或還原劑吸收，有效減少電子和空穴的復合，因此氧化或還原的速率就會增加。3.電荷分離的效果更好半導體催化劑與半導體電極相比，其特征之一是半導體催化劑內部產生空間電荷層，這種電勢梯度避免了光激發的電子-空穴對的負荷。對粒子狀的光觸媒來說，電子和空穴必須同時產生，因而空間電荷層會在近距離內產生。對于納米半導體粒子而言，其粒徑通常小于空間電荷層的厚度，在離開粒子中心l距離出的勢壘高度v可以表述為:v=1/6(l/ld)2(1-1)式中，ld為半導體的debye長度。在此情況下，空間電荷層的任何影響都可以忽略，光生載流子可通過簡單的擴散從粒子內部遷移到粒子表面，而與電子給體或受體發生還原或氧化反應。計算表明，在粒徑為1um的tio2粒子中，電子從體內擴散到表面的時間約為100ns;而在粒徑為10nm的微粒中該時間只有10ps。因此粒徑越小，電子與空穴復合的幾率越小，電荷分離效果越好，從而提升光催化活性。
4.表面積增大
對于所有的催化劑，超微粒子化將使表面積增大，從而使催化劑活性增大。對于粒徑在12-150nm的tio2光催化劑，從水中或乙醇中產生氫的活性與粒徑成反比例關系，小于12nm的tio2活性更是成指數級上升。高表面積，使得催化劑與反應物接觸的可能大大增加，也就是說如果粒徑減少使得比表面積增大10倍就等效于大顆粒光催化劑濃度增加10倍[假設濃度增加時顆粒不再團聚],所以真正的納米光觸媒含量一般在2g/l-8g/l之間就可以達到每l有效作用200-300m2的效果，超過這個濃度范圍反而會導致效果下降，而落后的大顆粒體相光觸媒產品則需要更高的濃度，不過即便是這樣也很難達到納米奧因光觸媒的效果。


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