纳米“光触媒“技术

納米“光觸媒“技術☻什麼是納米“光觸媒”納米“光觸媒”是一種以納米級二氧化鈦為代表的具有光催化功能的半導體材料的總稱。

其利用光源做催化反應，吸收紫外線（等效波長380nm）的能量後激發電子，產生電子-空穴對，並迅速移動到材料表面，啟動吸附在材料表面的，能夠將有毒有機物氧化分解，殺滅並抑制病菌再生以及淨化大氣中氮、硫的氧化物。

因其特性，納米光觸媒技術必將在環境保護及人類健康方面發揮更大的作用。

☻納米“光觸媒”的反應機理①銳鈦礦結晶納米TiO2是一種光催化劑，由於它的半導體性質，當受到太陽光或螢光燈光中的紫外光（380nm以下）照射時，價電子帶中的電子被激發到傳導帶，在TiO2原子表面產生電子（e-）---正孔（h+）效應2，3）。

飛出的電子e-與空氣中的氧相結合，生成「O-2」。

電子飛出形成的正孔h+奪取空氣裏水的電子，形成「-OH」。

這種由於電子遷移效應，所產生的「O-2」與「-OH」具有極強的氧化分解能力，使與之接觸的形成惡臭與污穢的油分雜菌有害氣、體病毒、黴菌等有機化和物分解無害化，使NO X，SO X轉化定著而無害化。

圖1：飛出的電子e-與空氣中的氧相結合，圖2：電子飛出形成的正孔h+奪取空生成「O-2」。

氣裏水的電子，形成「-OH」。

圖3：這種由於電子遷移效應，所產生的「O-2」與「-OH」具有極強的氧化分解能力，使與之接觸的形成惡臭與污穢的油分雜菌有害氣體病毒黴菌等有機化和物分解無害化，使NO X，SO X定著而無害化。

☻納米“光觸媒”的功效納米“光觸媒”有抗菌防黴、空氣淨化、防汙自潔、釋放負氧離子等功效。

具體為：抗菌防黴——二氧化鈦在光照射下，產生氫氧根自由基等活性氧比常用作消毒殺菌的氯氣、次氯酸、雙氧水和臭氧等具有更強的氧化能力，發揮抗菌作用而使細菌或黴菌的繁殖中止，也使細菌或黴菌釋放出的毒素分解。

空氣淨化——納米“光觸媒”在光照下能夠分解空氣中的甲醛、苯、二甲苯等有害物質，並能將其完全分解成二氧化碳和水，與傳統的除味劑、遮覆劑不同，光觸媒才是一種能徹底分解有害物質的環保材料。

纳米Ti02光触媒应用一、TiO2光触媒作用机理TiO2属于一种n型半导体材料,它的禁带宽度为3.2ev(锐钛矿),当它受到波长小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射时,价带的电子就会获得光子的能量而跃迁至导带,形成光生电子(e-);而价带中则相对应地形成光生空穴(h+),如图1所示。

TiO2表面的光生电子e-易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获,而空穴h+则可氧化吸附于TiO2表面的有机物或先把吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成·OH自由基,·OH自由基具有402.8MJ/mol反应能,可破坏有机物中C-C、C-H、C-N、C-O、NH键,因而具有高效分解有机物的水平,有杀菌、除臭、光催化降解有机污染物的功能。

二、纳米TiO2光触媒的特点纳米TiO2具有较高的光催化反应活性,吸附水平也较强,可与污染物更充分地接触,将它们极大限度地吸附在粒子表面。

主要特点有：(1)作用广谱,在光触媒反应过程中,不但能破坏生物因子,也能破坏各种有机化学物质;(2)在光触媒反应过程中,二氧化钛不参与反应,只起催化媒介作用,其本身并不随时间延长而消耗,所以使用寿命持久;(3)经过纳米技术工艺处理的触媒,可在含有微弱紫外线的灯光、自然光、阳光等多种光源下发挥作用;(4)完全无害,因为纳米二氧化钛本身不释放出有害物质且本身不参与反应,在反应过程中将所作用的物质完全氧化成无害的二氧化碳和水等无害物质,所以光触媒作用对环境完全无害。

三、纳米TiO2光触媒在建材领域中的应用(一)光触媒涂料1.抗菌涂料近年来,随着人们环保意识的增强,绿色涂料已成为涂料行业发展的主流,水性涂料作为其主要品种也得到了长足的发展。

但其防霉、防菌问题较为突出,如在贮存过程中生霉、长菌使得涂料的品质降低,在施涂后膜层生霉、长菌则使得涂层老化、外观污损,甚至开裂、剥落,使涂料丧失原有的保护和装饰功能。

纳米TiO2在光催化作用下具有分解病原菌和毒素的功能,它作为一种新型助剂应用于杀菌涂料中,赋予了制品持久、长效的抗菌、杀菌水平,是受到人们注重的新型矿物功能材料1。

光触媒——原理及应用1、光触媒概念1972年，日本东京大学的本多建一教授和博士班学生藤岛昭发现，用光照射二氧化钛电极可进行水的电解反应。

这就是著名的“本多藤岛效应”。

经过了30多年的研究，光触媒的技术研究终于取得了突破性的进展，光触媒技术开始达到工业生产的要求。

目前，二氧化钛已经可以在工业条件下制成粉末、溶液、凝胶体、涂料等各种形态的材料了。

光触媒[Photocatalyst]是光[Photo=Light]+触媒（催化剂）[catalyst]的合成词。

光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称。

2、光触媒的工作原理光触媒在光的作用下，会产生类似光合作用的光催化反应，产生出分解能力极强的氢氧自由基和负氧离子，具有极强的分解还原功能，不仅能将甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等有毒有害气体、污染物、臭气、等氧化分解成无害的CO2和H2O，还能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，可杀死细菌和分解有机污染物，因此，对各种常见的致病菌都有很好的抑制和杀灭作用。

一般抗菌剂只有杀菌作用, 但不能分解毒素，光触媒则可以将细菌遗体及体内残留毒素完全分解，达到彻底消毒杀菌的目的。

经科学实验证明,光触媒对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌、沙门氏菌、芽杆菌和曲霉等具有很强的杀灭能力。

从而净化空气中有毒有害气体，有效控制细菌、病毒的交叉感染及抑制细菌繁殖。

光触媒作用过程中本身不发生变化和损耗只提供一个反应场所，具有时间持久、持续作用、性质稳定、安全无毒的优点，不产生二次污染，是国际公认的绿色环保无污染的产品。

3、光触媒主要功能特点(1)全面性：光触媒可以有效地分解甲醛、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理。

(2)持续性：在反应过程中，光触媒本身不会发生变化和损耗，在光的照射下可以持续不断的净化污染物，具有时间持久、持续作用的优点。

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。

半导体光催化剂研究进展简介摘要：光催化技术是一种纳米技术。

光催化作用是有光催化剂参加的光化学过程。

因为有能够利用清洁能源、且反应条件简单、无二次污染的优点，光催化技术已经被广泛的应用到污水治理、空气净化、抗菌杀菌等生产生活的各个领域，被认为是最具开发前途的环保型光催化材料。

本文分别从光催化剂、半导体光催化、可见光响应光催化剂的研究进展三方面对半导体光催化剂做了简要的阐述，说明研究其的重要性。

关键词：光催化剂；半导体光催化；新型可见光响应1.引言光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础纳米技术，在中国大陆我们会用光触媒这个通俗词来称呼光催化剂。

典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作用中促动空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。

总的来说纳米光触媒技术是一种纳米仿生技术，用于环境净化，自清洁材料，先进新能源，癌症医疗，高效率抗菌等多个前沿领域。

联合国将光触媒开发列为21世纪太阳能利用计划的重要组成部分。

世界上能作为光触媒的材料众多，包括二氧化钛(TiO2 ),氧化锌(ZnO),氧化锡(SnO2 ),二氧化锆(ZrO2 )，硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛(Titanium Dioxide)因其氧化水平强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光触媒材料。

2.半导体光催化作用2.1 半导体光催化机理广泛的说,在光的作用下发生的化学过程,都属于光化学过程。

光催化作用也是光化学过程,其突出的特点在于这类光化学过程中,除了光的作用外,还要有光催化剂参加。

反应过程中光催化剂被光激发,加速反应的实行,而光催化剂本身的性质不会发生改变。

因为光催化剂为固体半导体,而反应介质通常为气相或液相,所以常将光催化称之为多相光催化或半导体光催化。

半导体在受到光子能量等于或大于其禁带宽度的光照射后载流子产生、迁移/复合和转化[1]。

2.2 半导体光催化活性的影响因素2.2.1 能带结构的影响因为光激发是半导体光催化反应的第一步骤，所以能否充分吸收利用太阳光并激发产生光生载流子是半导体光催化剂考虑的首要因素之一。

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。

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。