二氧化钛与光催化反应 光触媒

光触媒概念及作用原理(1)光触媒概念：是一种纳米级二氧化钛活性材料，它涂布于基材表面，干燥后形成薄膜，在光线的作用下，产生强烈催化降解功能：能有效地降解空气中有毒有害气体；能有效杀灭多种细菌，抗菌率高达99.99%，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处置；同时还具有除臭、抗污等功能。

(2)光触媒作用原理：光触媒在特定波长（388nm）的光照射下，会产生类似植物中叶绿素光合作用的一系列能量转化进程，把光能转化为化学能而给予光触媒表面很强的氧化能力，可氧化分解各类有机化合物和矿化部份无机物，并具有抗菌的作用。

在光照射下，光触媒能吸收相当于带隙能量以下的光能，使其表面发生鼓励而产生电子(e-)和空穴(h+)。

这些电子和空穴具有很强的还原和氧化能力，能与水或容存的氧反映，产生氢氧根自由基（·OH）和超级阴氧离子（·O ）。

如表1所示，这些空穴和氢氧根自由基的氧化能大于120kcal/mol，具有很强的氧化能力，几乎能将所有组成有机物分子的化学键切断分解。

因此能够将各类有害化学物质、恶臭物质分解或无害化处置，达到净化空气、抗污除臭的作用。

(1)全面性：光触媒能够有效地降解甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等污染物，并具有高效广谱的消毒性能，能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处置。

(2)持续性：在反映进程中，光触媒本身可不能发生转变和损耗，在光的照射下能够持续不断的净化污染物，具有时刻持久、持续作用的优势。

(3)平安性：无毒、无害，对人体平安靠得住；最终的反映产物为二氧化碳、水和其他无害物质，可不能产生二次污染。

(4)高效性：光触媒利用取之不尽的太阳能等光能就能够将扩散了的环境污染物在低浓度状态下清除净化。

1原理一、维持适合的室内温度，幸免室内外温差过大。

依照国家标准室温操纵在16—24摄氏度为宜；二、在室内种植一些花草，除有欣赏价值外，还可增加室内氧气，维持室内湿度及净化空气。

納米二氧化钛光催化技术介绍纳米光催化采用二氧化钛(TiO2)半导体的效应，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基（OH.）和超氧阴离子自由基（O2-），从而转化为一种具有安全化学能的活性物质，起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。

纳米二氧化钛(TiO2)光催化利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好的化学稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，且能长期有益于生态自然环境，是最具有开发前景的绿色环保催化剂之一。

无毒害的纳米TiO2催化材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化的功能，这类环保型功能材料实施方便、应用性强，能实用到生活空间的多种场合，发挥其多功能效应，成为我们生活环境中起长期净化作用的环保材料。

光催化原理- 什么是光催化光催化[Photocatalyst]是光 [Photo=Light] +催化剂[catalyst]的合成词。

主要成分是二氧化钛（TiO2），二氧化钛本身无毒无害，已广泛用于食品，医药，化妆品等各种领域。

光催化在光的照射下会产生类似光合作用的光催化反应(氧化－还原反应,产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，这些产物可杀灭细菌和分解有机污染物。

并且把有机污染物分解成无污染的水(H2O)和二氧化碳(CO2),同时它具有杀菌、除臭、防污、亲水、防紫外线等功能。

光催化在微弱的光线下也能做反应，若在紫外线的照射下，光催化的活性会加强。

近来, 光催化被誉为未来产业之一的纳米技术产品。

- 光催化反应原理TiO2当吸收光能量之后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子e-,同时在价带上产生带正电的空穴h+。

在电场的作用下，电子与空穴发生分离，迁移到粒子表面的不同位置。

热力学理论表明，分布在表面的h+可以将吸附在TiO2表面OH-和H2O分子氧化成(OH.)自由基,而OH.自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化并分解各种有机污染物（甲醛、苯、TVOC等）和细菌及部分无机污染物（氨、NOX等），并将最终降解为CO2、H2O等无害物质。

TiO2光催化反应机理光催化反应基本途径当能量大于TiO2禁带宽度的光照射半导体时，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子(矿)，同时在价带留下空穴(矿)。

由于半导体能带的不连续性，电子和空穴的寿命较长，它们能够在电场作用下或通过扩散的方式运动，与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获。

空穴和电子在催化剂粒子内部或表面也可能直接复合。

空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的OH或H2O发生作用生成HO·。

HO·是一种活性很高的粒子，能够无选择地氧化多种有机物并使之矿化，通常认为是光催化反应体系中主要的氧化剂。

光生电子也能够与O2发生作用生成HO2·和O2-·等活性氧类，这些活性氧自由基也能参与氧化还原反应。

该过程如图1(a)所示，可用如下反应式表示：HO·能与电子给体作用，将之氧化，矿能够与电子受体作用将之还原，同时h+也能够直接与有机物作用将之氧化：光催化反应的量子效率低(理论上不会超过20%)是其难以实用化的最为关键因素之一。

光催化反应的量子效率取决于载流子的复合几率，载流子复合过程则主要取决于两个因素：载流子在催化剂表面的俘获过程和表面电荷迁移过程。

增加载流子的俘获或提高表面电荷迁移速率能够抑制电荷载流子复合，增加光催化反应的量子效率。

电子和空穴复合的速率很快，在TiO2表面其速率在10-9s以内，而载流子被俘获的速率相对较慢，通常在10-7~10-8s(Hoffmann，1995)。

所以为了有效俘获电子或空穴，俘获剂在催化剂表面的预吸附是十分重要的。

催化剂的表面形态、晶粒大小、晶相结构及表面晶格缺陷均会影响载流子复合及电荷迁移过程。

如果反应液中存在一些电子受体能够及时与电子作用，通常能够抑制电子空穴的复合，如Elmorsi(2000)发现溶液中含10-3M的Ag+时，其光催化效率提高，原因在于Ag+作为电子受体与电子反应生成金属银，从而减少了空穴．电子对复合的几率。

光触媒的简介光触媒是一种纳米级的金属氧化物材料（二氧化钛比较常用），它涂布于基材表面，在光线的作用下，产生强烈催化降解功能：能有效地降解空气中有毒有害气体；能有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理；同时还具备除臭、抗污等功能。

作用原理：光触媒在光的照射下，会产生类似光合作用的光催化反应，产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，具有很强的光氧化还原功能，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，可杀灭细菌和分解有机污染物，把有机污染物分解成无污染的水（H2O）和二氧化碳（CO2），因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气功能。

光触媒的特性为利用空气中的氧分子及水分子将所接触的有机物转换为二氧化碳跟水，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，理论上有效期非常长久，维护费用低。

同时，二氧化钛本身无毒无害，已广泛用于食品、医药、化妆品等各种领域。

具体作用：光触媒作为一种新兴的空气净化产品，主要有以下功能：除菌：光触媒加工的表面，通过催化反应，将细菌的尸体分解得一干二净。

所以从严格意义上说光触媒不是杀菌，而应该叫除菌。

由于光触媒的强氧化分解能力，能分解大多数对人体有害的细菌：白色念珠菌、黑曲霉菌、大肠埃希氏菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌等多种细菌具有很强的除菌功效，不会产生抗药性，抗菌率大于99.99%。

除臭：比臭氧（O3）有着更强的氧化能力，可强力分解臭源。

脱臭能力相当于500个活性碳冰箱除臭剂，比活性碳有更强的吸附力，且具有活性碳所没有的分解细菌功能。

对香烟臭、汗臭、垃圾臭、动物臭等具有除臭功效。

自洁：根据除菌的原理，导致污垢的物质也会被分解，又因为它的超亲水性，而看不到水滴的附着。

在户外，通过雨水经常得到冲洗而保持清洁状态。

当灰尘落于经过光触媒处理过的物体表面上，只需以清水清洗，因为光触媒的超亲水特性与地心引力配合，将让污垢不易附着，因此建筑体外观施工后也能常保洁净。

光触媒[Photocatalyst]是光[Photo=Light]+触媒(催化剂)[catalyst]的合成词,是一类以二氧化钛（TiO2）为代表的具有光催化功能的半导体材料的总称，主要成分是本身无毒无害二氧化钛。

简而言之，光触媒即是光催化剂。

所谓催化剂就是用于降低化学反应所需的能量，促使化学反应加快速度，但其本身却不因化学反应而产生变化的物质。

光触媒顾名思义是以光的能量来作为化学反应的能量来源，利用二氧化钛作为催化剂，加速氧化还原反应，使吸附在表面的氧气及水分子激发成极具活性的OH―及O2―自由基，这些氧化力极强的自由基几乎可分解所有对人体或环境有害的有机物质及部分无机物质，使其迅速氧化分解为稳定且无害的物质（水、二氧化碳），以达到净化空气、杀菌、防臭的功用。

光触媒在微弱的光线下也能做反应，若在紫外线的照射下，光触媒的活性会加强。

近来,光触媒被誉为未来产业之一的纳米技术产品。

用途：1）汽车除臭杀菌、2）家装除异味（油漆味和壁纸味等特别有效）3）洗手间除臭（一次施工，长久收益。

）4）床上用品防霉处理5）服装防霉处理光触媒产品是当今世界上最为有效的空气净化手段之一，但其功能主要局限于净化空气。

添加负离子的光触媒产品在净化的空气中释放负离子，即在洁净的空气中增加了优化空气质量的功能，使您在拥有安全洁净空气的同时更能享受到大自然的清新。

光触媒就是光催化剂。

是一种能加快其它反应物之间的反应速度，而其本身在反应前后不发生变化的物质，其主要成分为二氧化钛。

光触媒在光照下，利用空气中的水蒸气和氧，去除污染物，具有杀菌、去味、防霉、自净、净化空气的作用：有效降解去除空气中的苯系物、卤代烷烃、醛、酮、酸等。

环境中的各种气味，主要成分都是上述有机物，如烟味就是因乙醛附着在物体表面不断散发而造成的；分解空气中的浮游细菌，杀灭大肠杆菌、黄葡萄球菌、白癣菌、霉菌、化脓菌、绿脓菌等细菌，抑制如肠病毒、流行性感冒、滤过性病毒等病原的传播；亲水性，使污染物不易附着在经过光触媒施工过的表面，防污、防变色；杀灭霉菌，防止霉变；释放负离子，清新空气；环境中存在的甲醛、苯，氨等有害物质，可以引发癌症、呼吸系统疾病，造成免疫力下降，特别是儿童，如果免疫力低，很容易患白血病。

毕业设计（论文）纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究1 绪论二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。

二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。

二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑[1]；它又具有锌白一样的持久性。

二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。

在过去的研究中，用半导体粉末对水、油和空气中的有毒有机化合物进行光催化降解和完全矿化引起了人们的大量关注。

由于抗光腐蚀性，化学稳定性，成本低，无毒和强氧化性，二氧化钛被作为应用最广泛的光催化剂来光降解水和空气中的有毒化合物。

但是二氧化钛具有较大的带隙（锐钛矿相二氧化钛为3.20ev）因此，只有较小一段太阳光区域，大约为2%~3%紫外光区可被应用[2]。

人们尝试用各种制备方法，如贵金属掺杂、氧化物复合、表面修饰等等方法，防止和减少电子与空穴的复合，提高催化剂的光催化活性。

众所周知，吸附和催化的效率与固体的孔径及表面积有关，因此，对二氧化钛进行修饰、改性及增大比表面积是提高光量子效率和增大反应速率的一个有效的方法与途径。

1.1 TiO2的结构与基本性质1.1.1物理常数及结构特征表1 TiO的物理常数1.1.2 TiO2的结构特征在自然界中，TiO2存在三种晶型结构，即金红石、锐钛矿和板钛矿。

这些结构的区别取决于TiO68-八面体的连接方式，图1-1是TiO68-八面体的两种连接方式，锐钛矿结构是由TiO68-八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由TiO68-八面体共顶点且共边组成。

锐钛矿TiO2中的每个八面体与周围8个八面体相连，金红石TiO2中每个八面体与周围10个八面体相连。

事实上锐钛矿可以看做是一种四面体结构，而金红石和板钛矿则是晶格稍有畸变的八面体结构[3]。

简单地认为锐钛矿比金红石活性高是不严谨的，它们的活性受其晶化过程的一些因素影响。

光触媒去除甲醛原理
光触媒去除甲醛的原理是基于光催化作用。

光触媒是一种带有特殊催化剂的材料，通常由二氧化钛组成。

当光触媒暴露在紫外光下时，催化剂会激发光触媒表面的化学反应。

甲醛是一种有害的挥发性有机物，常常存在于室内装饰材料、家具和家电等物品中。

光触媒的催化剂吸附甲醛分子后，通过紫外光的作用，将催化剂激发成高能级状态的电子。

这些高能电子与吸附在光触媒表面的氧分子结合，形成高活性的氧自由基（O•）。

这些氧自由基具有很强的氧化能力，能迅速氧化甲醛分子。

在光触媒表面的反应中，甲醛会被氧自由基催化氧化生成二氧化碳和水。

这些较为无害的产物会被清除或自行分解。

光触媒利用光催化作用去除甲醛的过程是一个连续的循环过程。

催化剂在反应中不消耗，可以循环使用。

当光触媒表面的甲醛分子被氧化为无害的物质后，新的甲醛分子可以继续吸附并被氧化，实现甲醛的持续去除。

光触媒除甲醛原理
光触媒除甲醛原理：
光触媒除甲醛是利用光催化反应原理，通过使用光触媒材料来将甲醛分解为无害的物质。

首先，光触媒是一种具有催化作用的材料，其中的主要成分是二氧化钛(TiO2)。

当光触媒与紫外线或可见光照射时，会产生了一连串复杂的物理化学反应。

在光照下，光触媒表面的二氧化钛会吸附到甲醛分子上，并吸收光能。

光能激发了二氧化钛表面的电子，形成带有高催化活性的自由电子和正空穴。

然后，被激发的自由电子和正空穴会对附近的分子进行催化氧化反应。

对于甲醛来说，自由电子会和甲醛分子中的氧原子结合，形成甲醇和二氧化碳。

最终产生的甲醇和二氧化碳是无毒无害的物质，能够被空气中的对流扩散带走。

这样，光触媒除甲醛的原理就实现了将有害物质甲醛分解为无害物质的过程。

需要注意的是，光触媒对甲醛的净化效果还与空气湿度、光照强度和二氧化钛的质量有关。

因此，在使用光触媒除甲醛时，需要选择合适的材料和正确的使用环境，以获得最佳的净化效果。

光触媒纳米二氧化钛光触媒纳米二氧化钛是一种具有广泛应用前景的新型材料。

它以其优异的光催化性能和环境友好性而备受关注。

本文将从纳米二氧化钛的特性、制备方法、应用领域等方面进行介绍，旨在帮助读者对光触媒纳米二氧化钛有更深入的了解。

我们来了解一下光触媒纳米二氧化钛的特性。

纳米二氧化钛是一种具有纳米级尺寸的二氧化钛颗粒，其特点是具有高度的比表面积和丰富的表面活性位点。

这使得纳米二氧化钛在光催化反应中具有优异的效果。

此外，纳米二氧化钛还具有稳定性高、耐腐蚀性好、生物相容性佳等特点，这使得它在环境净化、抗菌消毒、光催化水分解、有机废水处理等领域有着广泛的应用前景。

纳米二氧化钛的制备方法多种多样，其中最常用的方法是溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积法等。

溶胶-凝胶法是通过控制溶胶的成分、浓度和pH值等参数来调节纳米二氧化钛的粒径和形貌。

水热法则是利用高温高压条件下的化学反应来合成纳米二氧化钛。

气相沉积法则是通过在气相中将气体或蒸汽转化为固体颗粒。

这些制备方法各有优劣，具体选择方法应根据实际需求来确定。

光触媒纳米二氧化钛在环境净化方面有着广泛的应用。

它可以通过光催化反应将有害气体分解为无害物质，达到净化空气的目的。

例如，将纳米二氧化钛涂覆在建筑物外墙上，可以通过阳光的照射将空气中的有害气体分解为无害物质，起到净化空气的作用。

此外，光触媒纳米二氧化钛还可以用于有机废水的处理，通过光催化反应将有机物降解为无害物质，实现废水的净化和循环利用。

光触媒纳米二氧化钛在抗菌消毒方面也有着广泛的应用。

由于其表面的光催化活性，纳米二氧化钛可以通过光催化反应将细菌的膜破坏，达到抑制和杀灭细菌的作用。

因此，将纳米二氧化钛应用于医疗器械、食品包装等领域可以起到抗菌消毒的效果，提高产品的安全性和卫生质量。

除此之外，光触媒纳米二氧化钛还可以应用于光催化水分解。

通过纳米二氧化钛的光催化作用，可以将水分解为氢气和氧气。

这种方法不仅可以制备清洁可再生的氢能源，还可以解决能源短缺和环境污染等问题，具有重要的应用前景。