一、二氧化鈦為什么是光催化材料？

在(zai)眾多半(ban)導體光催化材(cai)料中，TiO2以其化學性質穩定、氧化-還原性強(qiang)、抗腐蝕、無(wu)毒及成本低而成為目前最為廣泛使(shi)用的(de)半(ban)導(dao)體光催化劑。

TiO2屬于(yu)一(yi)種(zhong)n型半導體材料(liao)，它有三種晶(jing)型——銳鈦(tai)礦相(xiang)、金紅石相(xiang)和板鈦(tai)礦相(xiang)，從熱力(li)學角(jiao)度看，金紅石是(shi)相(xiang)對(dui)最穩定的晶(jing)型，熔點為1870℃；而銳鈦礦是二氧化鈦的低溫相，一般在500℃~600℃時(shi)轉(zhuan)變為金(jin)(jin)紅(hong)(hong)石。二氧化(hua)鈦晶型(xing)轉(zhuan)變的(de)實質是晶胞結構(gou)(gou)組成單元八面(mian)體的(de)結構(gou)(gou)重排(pai)。金(jin)(jin)紅(hong)(hong)石晶型(xing)結構(gou)(gou)中原子排(pai)列更加(jia)致密(mi)，密(mi)度、硬度、介電(dian)常(chang)數更高(gao)，對光(guang)(guang)的(de)散射也更大。因此，金(jin)(jin)紅(hong)(hong)石是常(chang)用的(de)白色涂(tu)料和(he)防紫(zi)(zi)外線材(cai)(cai)料，對紫(zi)(zi)外線有(you)非(fei)常(chang)強的(de)屏(ping)蔽作用，在(zai)工業涂(tu)料和(he)化(hua)妝品方面(mian)有(you)著(zhu)廣泛的(de)應用。銳(rui)欽礦(kuang)的(de)帶隙寬(kuan)度為稍大于金(jin)(jin)紅(hong)(hong)石的(de)，光(guang)(guang)生電(dian)子和(he)空(kong)穴不易在(zai)表面(mian)復合，因而具有(you)更高(gao)的(de)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)活(huo)性能夠直接利用太陽光(guang)(guang)中的(de)紫(zi)(zi)外光(guang)(guang)進行光(guang)(guang)催(cui)化(hua)降解，而且不會引起二次(ci)污染。因此，銳(rui)鈦礦(kuang)是常(chang)用的(de)處(chu)理環境污染方面(mian)問題的(de)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)材(cai)(cai)料。

二、二氧化鈦光催化原理

ZXL-001納米二氧化(hua)(hua)鈦光催化(hua)(hua)反應機理：

納米TiO2光(guang)催化降解(jie)機理共分(fen)為(wei)7個步(bu)驟來完(wan)成光催(cui)化(hua)的過程：

1、TiO2+hv→eˉ+h+

2、h++H2O→OH+H+

3、eˉ+O2→OOˉ

4、OOˉ+H+→OOH

5、2OOH→O2+H2O2

6、OOˉ+eˉ+2H+→H2O2

7、H2O2+eˉ→OH+OHˉ

8、h++OHˉ→OH

當(dang)一(yi)個具有hv能量(liang)大(da)小(xiao)的(de)光子或者具有大(da)于半導體禁帶寬度(du)Eg的光子射入半導體(ti)時，一個(ge)電子由價帶(VB)激(ji)發(fa)到導帶(dai)(CB)，因而在導帶(dai)上產生一個高活(huo)性電子（eˉ)，在價帶上留下(xia)了一(yi)個空穴(h+)，形(xing)成氧化還(huan)原體系(xi)。溶解氧及(ji)水和電子(zi)及(ji)空穴相互(hu)作用，最終產生高(gao)活性的(de)羥(qian)基。OHˉ、O2ˉ、OOHˉ自由基(ji)具(ju)有強氧化(hua)性，能把(ba)大多數吸(xi)附在(zai)TiO2表面的(de)有機污染(ran)物(wu)降解為CO2、H2O，把無(wu)機污染(ran)物氧化或還原為(wei)無(wu)害物。

三、二氧化鈦光催化殺菌機理

ZXL-001納米二氧(yang)化鈦具有很(hen)強的光催化殺菌(jun)作用。通過對納米TiO2光催化殺滅革(ge)蘭(lan)氏陰、陽(yang)性細(xi)菌的致死(si)曲線進行對比、常規培(pei)養驗證(zheng)和(he)透射電鏡觀察得出結論：納米(mi)TiO2光催化滅菌(jun)首先(xian)是從(cong)細(xi)(xi)菌(jun)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)壁開(kai)始(shi)，其產生(sheng)的(de)自(zi)由(you)基能破(po)(po)壞(huai)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)壁結構，使(shi)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)壁斷裂、破(po)(po)損，質膜解(jie)體，然后進入胞(bao)(bao)體內部(bu)破(po)(po)壞(huai)內膜和細(xi)(xi)胞(bao)(bao)組分，使(shi)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)質凝聚，導致細(xi)(xi)胞(bao)(bao)內容物溢出，可出現(xian)菌(jun)體空(kong)化現(xian)象。從(cong)而證實了納米(mi)TiO2的抑菌機(ji)理是在光催化(hua)作(zuo)用(yong)下，納米TiO2禁(jin)帶上的電子由價帶躍遷到導帶，在(zai)表面形(xing)成(cheng)高(gao)活性的電子-空(kong)穴對，并進(jin)一步形成(cheng)·OHˉ、·O2ˉ、·OOHˉ通(tong)過(guo)一系(xi)列物(wu)理化(hua)學作用破(po)壞(huai)細(xi)(xi)菌(jun)細(xi)(xi)胞，從(cong)而殺滅(mie)細(xi)(xi)菌(jun)。

四、TiO2光催化劑優點有哪些？

1、把太陽能轉化(hua)為(wei)化(hua)學能加以利用。

2、降解速度快，光激(ji)發空穴產生(sheng)的(de)·OH是強氧化(hua)自由(you)基，可以在(zai)較短的(de)時間內(nei)成功的(de)分解包(bao)括(kuo)難降解有(you)機物(wu)在(zai)內(nei)的(de)大多數有(you)機物(wu)。

3、降解無選擇性，幾乎(hu)能降解任何有(you)機污染(ran)物。4.降解(jie)范圍廣，幾乎對所(suo)有的污水都可以采(cai)用。

4、具(ju)有(you)(you)高穩定性、耐光腐蝕、無毒(du)等特點(dian)，并且在處理(li)過程中不產生(sheng)二次(ci)污(wu)染；有(you)(you)機污(wu)染物能(neng)被氧化降解為CO2和H2O，并(bing)且其對人(ren)體無毒。

5、反應條件溫和，投資少，能耗低，用紫外光照射或(huo)暴(bao)露在太陽光下即可發生光催化化學反應。

6、反應(ying)設(she)備簡單，易于(yu)操作(zuo)控制。光催化反應(ying)具有(you)穩定性，一般情(qing)況下，負載TiO2光催化(hua)劑(ji)能多次使用，不(bu)影響反應效果，催化(hua)作用持久長效。

TiO2能有效的(de)將廢(fei)水(shui)中的(de)有機物、無機物氧化或還原為CO2、PO43-、SO42-、NO3-、鹵(lu)素(su)離子(zi)等無機小(xiao)分(fen)子(zi)，達到完全無機化的目的。染料廢(fei)水(shui)(shui)、農藥廢(fei)水(shui)(shui)、表面活性劑、氯代物、氟里昂、含油廢(fei)水(shui)(shui)等都可(ke)以被(bei)TiO2催化降解(jie)。而且TiO2具有殺菌效(xiao)果，這種(zhong)特性(xing)幾乎是無選擇性(xing)的，包括(kuo)各種(zhong)細菌和病毒。

純(chun)粹的TiO2需(xu)要紫外(wai)線的(de)協助，且作用緩慢(man)，所以作為器(qi)材消毒并不被認可，而隨著TiO2-NCP對可見(jian)光(guang)利用的量子效應的增大，作為器皿表(biao)面“自清潔”的能(neng)力，引起人們的極大興致。

“自清潔”醫療器材的特點

①只要有可(ke)見光存在，就能產生作用。

②光觸媒本身并不隨時間延長而消耗,使用壽命持久。

③零廢物，光觸媒在殺滅微生物的同時還消除了微生物的次級代謝產物。