请问能带理论中的带隙大小和化学中的氧化还原性能有什么关系？

在光催化研究里，半导体带隙大小和它的氧化还原性能没有直接的关系。但带隙大小可以影响材料的光吸收性能。决定催化剂氧化还原性能的是价导带位置。

1。催化剂氧化还原性能影响因素

一个一般的光催化反应分为三步，半导体材料光吸收产生电子空穴载流子，载流子迁移至催化剂表面，载流子参与表面化学反应。 ^[1]

根据光化学第一定律，只有被吸收的光，才能参与光化学反应。看起来像是一句废话，实际不是。因为在光照的时候，很多光子其实不能被材料吸收，在计算光子利用效率也就是量子产率的时候，这一部分没有被吸收的光不能被算到体系中。另外，即使光被吸收了也可能发生我上述讲的第二个步骤，即载流子迁移过程中发生复合，产生热量，这一部分的光子同样不能被有效利用。所以，光生载流子的复合问题也一直是困扰大家的难题。

而光子吸收多少可以看半导体带隙大小来评判。因为只有大于带隙的光子能量才能被催化剂吸收。而光子吸收多少的一个依据就是吸收光谱。在吸收光谱中，我们可以明显的看出吸收带边，也可以据此推算出半导体的带隙大小。

价导带位置是影响催化氧化还原能力决定性因素。价带顶越正，氧化能力越强， 导带底越负，还原能力越强。即导带位置越高，电子被激发后携带的能量就越高，从而就更能激发一些氧化电位高的半反应。 ^[2]但同时，氧化还原能力仅仅是一个热力学的判据，并不意味着，一个具有驱动某一个半反应的氧化或还原能力的催化剂就一定能够驱动反应的发生，具体还要结合动力学判断。即考虑具体反应的能垒。

但可以注意的是，带隙越大，一定程度上说明光生载流子的能量较高，从而其迁移能力强，也就更有利于发生氧化还原反应。

2。关于抗生素降解

光催化在环境方面的应用研究比较多，经常有污染物降解类的文章，典型的几种物质就是抗生素，罗丹明，亚甲基蓝等。涉及这一类反应的机理通常是自由基机理。即光生载流子与氧气或水反应产生具有强氧化性的羟基自由基或超氧自由基，它们与吸附在催化剂表面的有机污染物进行反应，使得其被深度氧化，从而矿化为小分子。要结合能带理论的话，那就是越容易产生自由基，产生自由基的数量越多，则反应速率越快，应该可以体现在降解率或矿化率数值上。再结合自由基定量测试，更佳。

3。能带测试

带隙宽度可以通过固体紫外漫反射吸收光谱测试测得，前已述及。

能带位置的话，常规半导体催化剂的价导带位置均可以从文献中查到。经过掺杂改性等手段引入表面态后的催化剂，能带位置会发生一定的改变。一般测试方法也就下面这几种吧，百度文库可以查到。 ^[3]

参考

1. ^Oxygen Vacancy-Mediated Photocatalysis of BiOCl:Reactivity,Selectivity,and Perspectives  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.201705628
2. ^Development of alternative photocatalysts to TiO2: Challenges and opportunities  https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2009/ee/b907933e
3. ^百度文库  https://wenku.baidu.com/view/218385f6a2116c175f0e7cd184254b35eefd1a85.html

d band center theory (by Norskov)＋hard soft acid base theory (HSAB)＋density functional theory

形成共价键时，d电子作为electron donor时候和electron acceptor的能级差需要moderate，保证轨道具有良好的重叠，不非常明显的电子转移偏向，即成键轨道波函数成分中acceptor不占太多。Koopmans近似情况下gap宽度约等于电负性，gap中心位置约等于化学硬度。（如果我没记错的话）

建议先去看看基础的，氧化还原电势差和带隙可以近似下，但带隙大小和氧化还原性是没有任何直接关系的。而且抗生素吸附为什么要氧化还原？

如果是光催化降解的话，可以看看zhu yongfa他们的文章。能级匹配和激发光的选择是第一步，之后再要讨论激子复合速率的问题和电荷转移的过程，很多时候激子弥散化对之后的电荷转移可能会更有利一些。

binding energy有的人是测UPS和IPS光谱和光学带隙来弄的。

【电子结构计算之能带—催化材料中的应用（二）】B-N共掺杂调控TiO2带隙,能带计算的分析和应用（增强可见光吸收）

1）金属容易失去电子，导电性好；非金属容易失去电子，导电性差。所以能带理论和氧化还原性能或多或少有点关系。

2）个人认为,重合越多，带隙越小，还原性越强；带隙越大，氧化性越强。

3）带隙常用DFT计算，氧化还原性常用波函数计算。大胆预测一下，波函数和密度是平行和等效的。

不管回答有没有关系，都是从不同视角说事儿。

然而我们站在两者有重要紧密关系的回答一边。

不能因为说没有关系就一叶障目了。得失电子的能力与掺杂制造载流子（空穴仍然是电子的反衬）密切相关。

物质被氧化指的是它丢了电子，那么物质被还原了，就是指它得到了电子。能够给物质提供电子，让它被还原的就是还原剂，能够把物质的电子拿走的就是氧化剂。所以还原剂是能够提供电子的，氧化剂是提供一个电子的空态的，我们把它叫空穴。

那么电子如何知道它要向那种物质运动呢？其原则很简单，水向低处流，当使处于某一能级上的电子附近出现更低能级时，电子就自空会向该更低能级运动。相反地，空穴会向比自已能级位首更高能的方向运动，正如水中的汽泡向上浮，而水则向下流。

一般半导体中最高被电子占据的能级组成价带，最低空能态组成导带，我们一般想方法把价带中的电子激发到导带，如光照或电压，此时导带中电子不稳定很易于向低位置跑，而价带留下的空穴也易于向更高位置运动。利用这种特性。对特定反应，倒如希望把水中的氢离子还原成氢气，只要我们找到合适的材料，其导带底位置高于该反应需要的能量位置，于是反应就可以发生。反之，若要发生特定氧化过程则要材料的价带顶低于该反应所需能量位置。

总之，不同反应要求的电子或空穴能量不同。还原剂的导带底要高于所需，而氧化剂的价带顶要纸于所需。

没关系。