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1911年的發現：德國科學家如何揭開光催化的神秘面紗？
在化學的舞台上，光催化技術自20世紀初逐漸浮現出其神秘的面紗。這項技術依賴於光照促進反應的催化劑，在激發狀態中與反應夥伴持續互動，形成反應中間產物，同時在每一次互動周期後自我再生。光催化在環境保護、能源制造等多個領域具備潛在的應用價值，從而引起了科學界的廣泛關注。
1911年，德國化學家亞歷山大·艾本納首次將光催化的概念融入到他對氧化鋅(ZnO)照明的研究中，為後續探索鋪平了道路。
這項技術的早期研究可以追溯至1911年至1938年間，艾本納的研究成果激發了其他科學家的探索。例如，布倫納和科扎克發表的論文探討了在尿鈾鹽照射下草酸的降解現象。而1913年，朗道介紹了光催化現象的相關理論。而後的1921年，巴利和其同事使用鐵氫氧化物作為催化劑，在可見光下生成甲醛，進一步推進了光催化研究的發展。
隨著時間的推移，光催化技術的研究並沒有隨著二戰而中斷，1964年，菲利莫諾夫開始探索從ZnO和TiO2中獲得的異丙醇的光氧化，標誌著這一領域的再度復甦。1972年，藤島昭與本田健一的發現讓光催化迎來了破曉：TiO2電極經紫外光輻照可產生氫氣，這一過程表明了清潔氫氣生產的潛力。
這一技術的發展事實上是分為三個主要類型：異質光催化、均質光催化和等離子體天線催化。異質光催化的材料大多為過渡金屬氧化物和半導體，這些材料具有特殊的電子結構，能夠有效地將能量轉換為化學能。反之，均質光催化則指反應物和催化劑存在於同一相中，通常利用過渡金屬復合物進行處理。
「透過有效的光催化，我們能夠達到汽車尾氣淨化和清潔能源的目標，為地球環境的可持續發展作出貢獻。」
在近幾十年中，光催化技術進一步擴展其應用範圍。自2023年以來，Pure-Light Technologies Inc.再度將光催化的盈利潛力提出，並推出了多項可商業化的專利，旨在促進揮發性有機化合物的減量及防止細菌感染的解決方案。這標誌著光催化不僅是科研階段，更逐步邁向商業應用的實例。
光催化的應用前景
在眾多的應用中，光催化自中國的自潔玻璃、氧化物的水分解到空氣和水的淨化等領域中均取得了良好的表現。例如，二氧化鈦由於其優異的耐腐蝕性和化學穩定性，在光催化應用中廣受青睞。該材料不僅用於自潔表面，還應用於水分解技術，分離出氫氣和氧氣等清潔能源。
然而，光催化仍面臨若干挑戰，例如許多光催化劑僅在紫外線下進行反應，限制了其利用範圍與效率。為此，科學家們不斷探索多光譜光催化劑的開發，以提升其整體性能。高熵光催化劑的誕生正是這一努力的具體體現，它在氫氣生產、二氧化碳轉化等方面展現出巨大的潛力。
未來展望
伴隨著人類對能源與環境需求的日益增加，光催化技術的發展有著廣闊的前景。隨著新材料的出現以及催化劑操作條件的優化，光催化的商業化潛力將持續增強。類似的，若能在提升催化劑的光、熱穩定性以及提高反應速率方面取得進展，將是邁向更廣泛實用化的重要一步。如何讓光催化技術在可持續發展的道路上扮演更核心的角色，成為科學界需要持續探索的課題?
