许多人类活动都会将污染物释放到空气、水和土壤中。这些有害化学物质威胁着人类和生态系统的健康。据世界卫生组织估计，空气污染每年导致 420 万人死亡。
科学家正在寻找解决方案，其中一个潜在的途径是一类称为光催化剂的材料。当被光触发时，这些材料会发生化学反应，初步研究表明可以分解常见的有毒污染物。
我是田纳西大学的材料科学与工程研究员。在机器人和人工智能的帮助下，我和我的同事正在制造和测试新型光催化剂，以减轻空气污染。
光催化剂的工作原理是在光存在的情况下产生带电载流子。这些带电载体是微小的颗粒，可以四处移动并引起化学反应。当它们与环境中的水和氧气接触时，会产生称为活性氧的物质。这些高活性的活性氧可以与部分污染物结合，然后分解污染物或将其转化为无害甚至有用的产物。
但是光催化过程中使用的一些材料存在局限性。例如，除非光有足够的能量，否则它们无法启动反应（能量较低的红外线或可见光不会触发反应）。
另一个问题是参与反应的带电粒子重组速度太快，这意味着它们在完成任务之前就重新结合在一起。在这些情况下，污染物要么没有完全分解，要么该过程需要很长时间才能完成。
此外，这些光催化剂的表面有时会在光催化反应期间或之后发生变化，这会影响它们的工作方式和效率。