انجمن فیزیک ایران مجلۀ پژوهش فیزیک ایران 1682-6957 25 2 2025 09 21 Nanostructered semiconductor photocatalysts: Physics and their applications towards sustainable society کاتالیزورهای نوری نیمه‌هادی نانوساختاری: فیزیک و کاربردهای آن‌ها در توسعۀ پایدار 171 199 3690 10.47176/ijpr.25.2.62121 FA نهال گودرزی پژوهشکده جامع علوم و فناوری‌های همگرا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران مرصع صمدی دانشکده شیمی، دانشگاه الزهرا، تهران 0000-0003-0216-1636 علیرضا مشفق -پژوهشکده جامع علوم و فناوری‌های همگرا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران -دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران 0000-0002-8770-1410 Journal Article 2025 06 09 The development of human societies, the excessive use of fossil fuels, and the expansion of industrial activities have significantly led to severe environmental issues, including water, air, and soil pollution. Therefore, in order to address these challenges, the application of clean and sustainable technologies has received considerable attention in recent years. In this context, the use of nanostructured semiconductor photocatalysts with suitable valence and conduction band energy levels, along with sufficient incident light intensity and proper wavelength for their activation, has emerged as a promising and effective approach to achieve sustainable development. Semiconductor photocatalysts, owing to their unique physical properties such as tunable bandgap and high specific surface area, as well as efficient charge carrier separation and transport, are capable of driving chemical reactions under appropriate illumination with high conversion efficiency. Moreover, due to their significant potential in protecting water resources and ecosystems, nanostructured photocatalysts have gained considerable attention in industrial wastewater treatment. Their primary application has been extensively reported particularly in the degradation of persistent and toxic pollutants such as pharmaceutical residues and synthetic dyes, especially in textile industries. This study provides the fundamental physics and underlying mechanisms of the photocatalytic degradation reactions of pharmaceutical and dye pollutants from industrial wastewater on the surface of suitable semiconductor photocatalysts, with an emphasis on their role in promoting sustainable community development. Furthermore, various types of semiconductor materials used as photocatalysts are introduced. The report then investigates several factors that affect their performance, including environmental reaction conditions, pollutant type (pharmaceutical or dye), design of photocatalyst crystal structure, and construction of heterojunction between two semiconductors. Finally, the current challenges in scaling up photocatalytic technology for industrial applications under real solar light are discussed. توسعۀ جوامع بشری، استفادۀ بی­رویه از سوخت­های فسیلی وگسترش فعالیت‌های صنعتی، به‌طور چشمگیری منجر به بروز مشکلات جدی زیست‌محیطی شامل آلودگی‌های آب، هوا و خاک شده است.  لذا برای رفع این چالش­ها به کارگیری فناوری‌های پاک و پایدار مورد توجۀ جدی محققین در سال­های اخیر قرار گرفته است. در این راستا، استفاده از کاتالیزورهای نوری نیمه‌هادی نانوساختاری با ترازهای انرژی نوار ظرفیت و نوار رسانش مناسب، همراه با شدت و طول‌موج کافی نور تابشی، به‌عنوان یکی از رویکردهای نوین و مؤثر در جهت نیل و گامی به سوی توسعۀ پایدار به طور مشخص تولید سوخت پاک و تخریب آلاینده­های محیطی مطرح شده است. کاتالیزور‌های نوری نیمه‌هادی به‌دلیل ویژگی‌های فیزیکی منحصربه‌فرد آن­ها مانند گاف انرژی قابل تنظیم، مساحت سطح ویژۀ بالا و همچنین جداسازی و انتقال مؤثرحامل­های بار، قادر به انجام واکنش‌های شیمیایی با مشارکت نور مناسب با بازده تبدیل بالا هستند. علاوه بر آن، کاربرد اصلی کاتالیزورهای نوری نانوساختاری در تصفیۀ پساب­های صنعتی، حذف ترکیبات پایدار و سمی شامل آلاینده‌های دارویی و رنگ‌های سنتزی به‌ویژه در صنایع نساجی، از طریق پتانسیل بالای آن‌ها در حفاظت از منابع آبی و سلامت زیست‌بوم‌ به خوبی گزارش شده است. در این مقالۀ مروری، به بررسی اصول فیزیک و سازوکار‌ حاکم بر فرآیند شیمیایی تخریب کاتالیز نوری آلاینده‌های دارویی و رنگی از پساب­های صنعتی بر سطح کاتالیزور نوری نیمه­هادی مناسب برای توسعۀ پایدار جوامع به ویژه در زمینۀ حفاظت از محیط زیست پرداخته می­شود. در ادامه، انواع مختلف مواد نیمه‌هادی به‌عنوان کاتالیزور نوری معرفی می‌شوند و سپس عوامل مؤثر بر کارایی آن­ها شامل شرایط محیطی واکنش، نوع آلاینده (دارو یا رنگ)، طراحی ساختار بلوری کاتالیزورهای نوری و همچنین نحوۀ اتصال نامتجانس دو نیمه­هادی مورد بررسی قرار می‌گیرند. در نهایت، چالش‌های موجود در مقیاس‌پذیری فناوری کاتالیز نوری برای کاربردهای صنعتی با مشارکت نورخورشید، ارائه خواهد شد. https://ijpr.iut.ac.ir/article_3690_781397bc0630d47ab531ea850bddcf63.pdf