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光催化反应必须同时满足三个核心必要条件，缺一不可，否则无法启动完整的光生载流子氧化还原过程：
入射光的能量必须大于或等于半导体光催化剂的禁带宽度，才能激发价带电子跃迁到导带，产生具备反应活性的光生电子-空穴对。比如常用的TiO₂催化剂禁带宽度约3.2eV，需要波长小于387nm的紫外光才能有效激发，普通可见光无法直接触发其光催化反应。
作为反应的核心载体，它需要具备合适的能带结构，能在光照下稳定生成电子-空穴对，且载流子寿命足够长，可迁移到催化剂表面，分别参与还原反应和氧化反应。常见的商用催化剂包括TiO₂、g-C₃N₄、ZnO等，需满足化学性质稳定、无二次污染、可循环使用的基本要求。
体系中必须存在能吸附到催化剂表面的目标反应底物，作为电子受体或电子供体，及时捕获光生电子和空穴，避免载流子直接复合。比如光催化降解有机废水时，有机污染物是空穴的电子供体，溶解氧是电子的受体，二者同时存在才能让降解反应持续进行。
只有这三个条件同时满足，光催化过程才能顺利启动并持续推进，较终完成污染物降解、水分解制氢、有机合成等目标反应。
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