纳米二氧化钛的光催化性及其应用研究进展
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佛山陶瓷2021年第06期（第299期）
1前言
纳米材料是一类超细材料，粒径在0.1nm—100nm
结构范围内，具有表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道
效应等一些特殊性能[1，2]。纳米二氧化钛是目前使用的最
为广泛的新型无机纳米材料之一，又被称为纳米钛白
粉。纳米二氧化钛价格低廉，资源丰富[3]。纳米二氧化钛
有很多优异的物理、化学性质及光电等性能，如光催化
性、屏蔽紫外线功能及颜色效应等，高的热导性、磁性，
良好的透明性，优异的抗菌性，是新型光催化无极功能
材料，且纳米二氧化钛在使用期间不会有自身损耗情况出现，因此应用非常广泛[4-6]。随着技术的发展，其应用领
域还会进一步拓展。
2纳米二氧化钛的光催化机理
TiO2半导体催化剂是建立在光化学和光物理基础上
的，半导体由空的高能导带和低能价带两者构成，中间
区域是禁带。照射到表面的光能(A<400nm)等于或大于
TiO2带隙(通常金红石3.0eV，锐钛矿3.2eV)的能量时，瞬
间内可激发孤电子到TiO2导带，电子-空穴对形成。由
于光子、吸附物质和催化剂三者之间作用形式的不同，
致使电荷向不同的方向转移，由此将催化反应分为催化
光反应和敏化光反应，催化光反应中电荷的转移方向是
由吸附物质到催化剂，敏化光反应中电荷的转移方向与
此相反[7-9]
。刁润丽
(河南质量工程职业学院，平顶山467001)
纳米二氧化钛具有良好的光催化性能，扩大了其应用范围。本文概述了其光催化性在空气净化、抗菌、污水处理、塑料及清洁涂层等领域的广泛应用，分析了应用中出现的问题，并展望了其光催化性的广阔前景。纳米二氧化钛；光催化性；应用；进展
刁润丽渊
1981-冤袁
女袁
河南南阳人袁
硕士袁
讲师袁
主要从事无机非金属材料方面的研究遥5
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随着社会经济的发展，大气污染不断加剧以及家用
电器的过度使用，环境污染问题也越来越严重。因此，如
何净化空气、优化环境引起人们的高度重视，而TiO2光
催化降解技术能有效解决这些问题，光催化技术是在常
温、常压条件下，利用大气中的氧气，将其作为氧化剂，
以便使空气得到净化的一种常用的空气净化方法。此
外，我们还应遏制住有害气体的主要来源，通过改善源
头也能有效使空气质量得到改善，而关于这个来源主要
有两个方面：室内空气污染和大气污染，大气污染主要
是来自工业处理时所排放的废气、氮氧化物等，而我们
可利用纳米TiO2进行氧化反应合成硝酸，从而在降雨的
过程中被去除，有效降低污染；室内的有害气体主要来
自于室内装潢、生活排污所产生的如甲醛、氨气等。家居
空气污染也可用纳米二氧化钛的光催化技术也可以将
甲醛等室内空气污染物去除，这种技术非常安全，而且
可以大大减少二次污染。空气中的异味、恶臭气体等也
可以采用TiO2光催化技术去除[10]。
面对周围环境破坏程度的不断加剧，抗菌功能材料
的需求越来越迫切。因此，纳米TiO2光催化已开始用于
抗菌方面，可以抑制和杀灭癌细胞、真菌、藻类、病毒和
细菌等。经过科学家的研究分析显示，纳米二氧化钛材
料能够借助光催化作用有效消灭微生物的恣意生长，从
而降低环境有害成分的数量。抗菌是指在一定的光照条
件下，二氧化钛可以抑制甚至杀灭环境中的微生物。其原理为：二氧化钛经光照激活会产生电子-空穴对，其
表面也会吸附一些氧气分子和氢氧根离子，随后将其与
电子-空穴对相互作用，发生链式反应，使细菌蛋白质
中的糖类聚合和多肽链遭到破坏，最终达到灭菌的效果[11]。
纳米二氧化钛具有光催化性，是一种稳定性好、氧
化能力强、无毒、高效低成本、可回收的催化剂，将其用
于水处理方面是非常有潜力的。纳米二氧化钛可以分
解、降解普通方法难以降解的高难度有机物，借助二氧
化钛的光催化性，能够将防腐剂、除草剂、洗涤剂、有机
磷、卤代物、有机氯、含氮有机物、燃料、羟酸、烃类和表
面活性剂等日常生活有害物质朝着无毒CO2、H2O、HCl
等小分子产物转化。因此，在各类废水处理过程中添加
一定量的纳米二氧化钛，都能对水体中各类有害物质进行有效净化，推动水体净化目的的实现[12,13]。
厨房用品、食品包装袋等塑料制品在我们的日常生
活中运用十分广泛，但是这些塑料制品滋生细菌的可能
性非常高，故而必须对此类材料严格落实抗菌杀毒加工
处理。在太阳光中的紫外光照射的条件下，纳米二氧化
钛会有光催化反应产生，可分解有机物，起到抗菌杀毒
的作用。因此，在塑料制品中添加纳米二氧化钛，可实现
表面自洁、抗菌杀毒的作用。可见光能透过纳米二氧化
钛，但是紫外光却被其屏蔽，因此将纳米二氧化钛添加
到塑料类食品包装材料中，塑料可呈现透明色，方便直
接观察食品，同时又能避免食品变质过早。此外，加入纳
米二氧化钛也不会导致塑料出现老化、材料变色等。加
之纳米二氧化钛无毒，热稳定性、化学稳定性都非常好，
因此使用十分安全，属于理想型的抗菌塑料添加料[14]。
日常生活中会有这样一些难处理的情况：建筑材料
如陶瓷、玻璃等在经过一定时间的使用后，会有大量污
垢沉积在其表面，既影响美观但又不容易清理。将纳米
二氧化钛薄膜涂覆在这些建材的表面，利用纳米二氧化
钛的光催化性，很容易的就将污垢去除，使它们分解为
二氧化碳和水，利用天然的雨水就能将其冲刷干净，不
需再用清水洗涤，而且可以保持很长一段时间。如果将
纳米二氧化钛薄膜涂在汽车的后视镜上，就能阻止水蒸
气或雨水凝结在镜面上，能使镜面一直保持光亮、清洁，
从而使驾驶的安全性提高。在普通的镜面上涂覆纳米二
氧化钛薄膜，即使放在浴室中，不用擦拭，依然可以看到
镜面光亮、清晰。
4结语
纳米二氧化钛具有独特的光催化性能，使其应用范
围非常广泛，其光催化性在多个领域引起了广泛的关
注。随着研究的日益深入，相信还会有更多方面的发展和应用开发出来。
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DIAORun-li(HenanQualityPolytechnic,Pingdingshan,Henan467001)
Nano-titaniumdioxidehasgoodphotocatalyticproperties.Theapplicationrangeofnano-titaniumdioxideisexpanded.Thewideapplicationofphotocatalyticactivityofnano-titaniumdioxideinaircleaning，antibiosis，sewagetreatment，plasticsandcleancoatingwerereviewed.Theproblemsinapplicationwereanalyzed,andthebroadprospectofphotocatalyticactivityofnanotitaniumdioxidewasprospected.nano-titaniumdioxide；photocatalyticactivity；application；progress；[3]金远航.纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究[J].化工管理，2019，（8）：101-102.[4]杜意恩，牛宪军，安静.高能晶面锐钛矿型TiO2纳米材料的水热合成及其光催化性能[J].云南大学学报（自然科学版），2020，42（6）：1147-1158.[5]林红岩，李金莲.纳米二氧化钛的制备及性能研究[J].化学工程师，2020，（10）：77-79.[6]莫章超，朱芳，付梦雨，等.一种高比表面积二氧化钛纳米微球的制备与表征[J].安徽工业大学学报（自然科学版），2020，37（3）：236-240，275.[7]金远航.纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究[J].化工管理，2019，（8）：101-102.[8]赵海鑫.多形貌二氧化钛基纳米材料的制备及其光催化性质研究[D].吉林大学，2020.[9]姬文慧，毛晓宁，王志鸽，等.纳米二氧化钛光催化剂的制备及其表面改性的研究进展[J].河南化工，2020，37：5-8.[10]陈建.纳米材料二氧化钛的研究进展[J].化工时刊，2009，2（1）：49-52.[11]王淑荣，刘展晴．纳米二氧化钛的制备方法与应用研究进展[J].合成材料老化与应用，2020，49（5）：146-150.[12]刘志远.纳米二氧化钛对水厂生物安全性的影响[J].净水技术，2020，39（5）：116-120.[13]焦伟，刘译阳.纳米二氧化钛光催化氧化降解苯酚废水实验[J].油气田环境保护，2020，30（6）：40-42,68.[14]邢慧晋.纳米二氧化钛的制备及其应用探究[J].云南化工，2019，46（3）：150-152.7
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