光催化反應(yīng)是物質(zhì)在光和催化劑同時作用下所進行的化學(xué)反應(yīng)。在光催化反應(yīng)過程中，催化劑通過吸收光子的能量，使催化劑活化產(chǎn)生光生電子和空穴，進而參與氧化還原反應(yīng)中的電子得失過程。然而，太陽光的能量并不能被完全利用，光化學(xué)所涉及的光譜范圍只是全光譜（太陽光的光譜可以稱作全光譜）中的一部分，實驗研究中的光源通常不會使用自然光，而是根據(jù)研究需要采用不同的光源設(shè)備。

一、光催化領(lǐng)域適用的光

太陽發(fā)射的電磁輻射幾乎包括了整個電磁波譜（包括無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線），其中紫外光和可見光的能量占比較多。太陽輻射到達地表之前，大氣層的一些主要和微量氣成分會其進行選擇性吸收，最終，波長大于290 nm的太陽輻射到達對流層和地表。

光催化領(lǐng)域目前仍處于實驗研究階段，由于自然環(huán)境的限制，實驗中通常不會選擇自然光作為光源，而是根據(jù)需要選擇合適的光源設(shè)備，最常用來模擬太陽光是氙燈光源（利用高氣壓或超高氣壓氙氣的放電而發(fā)光的光源設(shè)備），例如中教金源CEL-PF300系列氙燈光源，其光輻射穩(wěn)定且強度高，光譜范圍是連續(xù)的300~2500nm（該系列UV款光譜范圍是200~2500nm），常用作太陽光模擬光源。在光催化分解水、CO2還原、降解等領(lǐng)域普遍適用。其中的CEL-PF300-T10光源設(shè)備配備的智能控制系統(tǒng)，能根據(jù)實驗需要設(shè)置光強隨時間的自動調(diào)節(jié)，并且可以完全模擬日光一整天的變化，用于研究光照強度對催化性能的影響。

光化學(xué)所涉及光的波長范圍為100~1000 nm，即由紫外至近紅外波段。但由于受光窗材料和化學(xué)鍵能的限制，光化學(xué)中通常適用的光的波長范圍為200~700 nm，其中石英光窗材料的透射限約為200 nm。比紫外波長更短的電磁輻射所引起的光電離和化學(xué)變化，則屬于輻射化學(xué)的范疇。至于遠紅外或波長更長的電磁波，一般認為其光子能量不足以引起光化學(xué)變化，因此不屬于光化學(xué)的研究范疇。

根據(jù)公式E=1240/λ可以計算不同波長的光子能量。

二、催化劑活化需要的能量

物質(zhì)由分子組成，分子吸收能量會產(chǎn)生的運動有平動、轉(zhuǎn)動、振動和分子的電子運動，每一種運動狀態(tài)都具有一定的能量。在分子的能級中，轉(zhuǎn)動能級間的能量差最小，一般＜0.05 eV，振動能級為0.05 eV~1.00 eV，電子能級間的能量差最大，一般在1~20 eV之間。因此，電子能級間的躍遷需要的能量由紫外和可見光提供。

光催化過程歸因于分子中電子的運動，價帶中的電子吸收光能后躍遷至導(dǎo)帶，產(chǎn)生光生電子（可參與還原反應(yīng)，提供電子），原來的軌道能級出現(xiàn)光生空穴（可參與氧化反應(yīng)，奪電子），從而使催化劑具有催化活性。光生電子產(chǎn)生所需的能量由催化劑材料的帶隙（導(dǎo)帶的最低點和價帶的最高點的能量之差）決定。

部分光催化劑材料的帶隙寬度較大，只能吸收紫外光，如TiO2（3.2 eV）光催化劑，當入射光波長≤387.5 nm才能被吸收，所以選擇該波長范圍內(nèi)發(fā)光強度較大的光源有利于反應(yīng)進行。與氙燈相比，汞燈光源在紫外區(qū)域特定范圍的光強度更強，屬于紫外光源，常用于光催化降解和催化劑帶隙較大的紫外光催化反應(yīng)體系。除此之外，還可用于完成在一些催化劑（如TiO2）表面光沉積貴金屬的光化學(xué)反應(yīng)，例如，將貴金屬鹽溶液與TiO2混合，利用中教金源CEL-M500 高均勻 高穩(wěn)定汞燈光源系統(tǒng)進行光照，TiO2吸收光能產(chǎn)生的光生電子將金屬鹽還原為金屬顆粒，并且均勻分散在催化劑表面。光源配套的箱體可以避免紫外光對人體的影響。

根據(jù)汞蒸氣的填充壓力不同，汞燈光源能發(fā)射特定波長的光，低壓、高壓汞燈分別可以發(fā)射254 nm（CEL-LPH120低壓汞燈光源）和365 nm（CEL-LAM500長弧汞燈光源）的紫外光。其中，254 nm的紫外光本身對有機物就有較強的分解作用，365 nm的光分解作用較小，因此為避免光分解與光催化作用機理混淆，對于特定的反應(yīng)需選擇合適的汞燈光源。

除汞燈和氙燈外，LED光源（即發(fā)光二極管光源）也可應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，其光譜范圍主要集中在可見光區(qū)域（365~940 nm），可發(fā)射白光和該范圍內(nèi)的十幾種特定波長單色光，光源可調(diào)，具有很高的穩(wěn)定性和光的單色性，因此可用于研究不同波長光照下的光催化速率。與汞燈和氙燈不同，LED光源屬于冷光源，不會因光照使反應(yīng)環(huán)境升溫，因此在進行光熱催化反應(yīng)時可以排除光照升溫的影響。除此之外，還可以選擇適宜波長的單色光來測量催化劑的量子效率，比帶通濾光片更加準確。