一、二氧化鈦為什么是光催化材料？

在(zai)眾多半導體光催化材料中，TiO2以(yi)其(qi)化學性質(zhi)穩定、氧化-還原性強、抗腐蝕、無毒及成(cheng)本低(di)而成(cheng)為(wei)目前最為(wei)廣(guang)泛使(shi)用的半導體(ti)光催(cui)化劑。

TiO2屬于一種n型半導(dao)體材(cai)料，它有三(san)種晶(jing)型——銳鈦礦相(xiang)、金(jin)紅(hong)石(shi)相(xiang)和板鈦礦相(xiang)，從熱力學角度(du)看，金(jin)紅(hong)石(shi)是相(xiang)對(dui)最穩定(ding)的晶(jing)型，熔點為1870℃；而銳鈦礦是(shi)二(er)氧化鈦的低溫相，一(yi)般在(zai)500℃~600℃時(shi)轉變為金紅(hong)石(shi)。二氧(yang)化(hua)鈦晶型轉變的(de)(de)實質是晶胞結構組成單元八(ba)面體的(de)(de)結構重排。金紅(hong)石(shi)晶型結構中原子(zi)排列更(geng)(geng)(geng)加致密(mi)，密(mi)度(du)、硬度(du)、介電常(chang)(chang)數更(geng)(geng)(geng)高(gao)，對光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)散射也(ye)更(geng)(geng)(geng)大。因此(ci)(ci)，金紅(hong)石(shi)是常(chang)(chang)用(yong)的(de)(de)白色涂料和(he)防紫外線材料，對紫外線有(you)非(fei)常(chang)(chang)強的(de)(de)屏蔽作用(yong)，在工業涂料和(he)化(hua)妝品(pin)方(fang)(fang)面有(you)著廣泛(fan)的(de)(de)應用(yong)。銳欽礦的(de)(de)帶隙寬度(du)為稍大于金紅(hong)石(shi)的(de)(de)，光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)生(sheng)電子(zi)和(he)空穴不易在表(biao)面復(fu)合，因而(er)具有(you)更(geng)(geng)(geng)高(gao)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)催化(hua)活性能(neng)夠(gou)直(zhi)接利用(yong)太陽(yang)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)中的(de)(de)紫外光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)進行(xing)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)催化(hua)降解，而(er)且不會引起二次污(wu)染。因此(ci)(ci)，銳鈦礦是常(chang)(chang)用(yong)的(de)(de)處理環境污(wu)染方(fang)(fang)面問(wen)題的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)催化(hua)材料。

二、二氧化鈦光催化原理

ZXL-001納米二氧化鈦(tai)光催(cui)化反應機(ji)理：

納米TiO2光催化(hua)降解機理(li)共分(fen)為7個步驟來完成光催(cui)化的過(guo)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

當一(yi)個具有hv能量(liang)大(da)小(xiao)的光子或者具有大(da)于半導體禁帶(dai)寬度(du)Eg的(de)光子射(she)入半(ban)導(dao)體時，一個(ge)電(dian)子由(you)價帶(VB)激發到(dao)導帶(CB)，因而在導(dao)帶(dai)上產(chan)生一個高活性電(dian)子（eˉ)，在價帶(dai)上留下了一(yi)個空穴(h+)，形成氧化(hua)還原(yuan)體(ti)系。溶解氧及(ji)水和電子及(ji)空(kong)穴(xue)相互作用(yong)，最終產生高(gao)活性的羥基。OHˉ、O2ˉ、OOHˉ自由基具有強氧化性，能把大多數吸附在TiO2表面的(de)有機污染(ran)物降解為(wei)CO2、H2O，把(ba)無(wu)機污(wu)染物氧化(hua)或還原為無(wu)害物。

三、二氧化鈦光催化殺菌機理

ZXL-001納(na)(na)米二氧(yang)化(hua)鈦具有(you)很(hen)強的光(guang)催化(hua)殺菌作(zuo)用。通過對(dui)納(na)(na)米TiO2光催(cui)化殺滅(mie)革蘭氏(shi)陰、陽性細菌的(de)致死曲線進行對比(bi)、常規培養驗(yan)證和透射電鏡(jing)觀察得(de)出結(jie)論：納米TiO2光催化滅菌(jun)首先是從細(xi)(xi)(xi)菌(jun)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)壁開始，其產生的自由基能破壞(huai)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)壁結(jie)構，使細(xi)(xi)(xi)胞(bao)壁斷裂(lie)、破損，質膜解體(ti)，然后(hou)進入胞(bao)體(ti)內部破壞(huai)內膜和細(xi)(xi)(xi)胞(bao)組分(fen)，使細(xi)(xi)(xi)胞(bao)質凝聚，導致細(xi)(xi)(xi)胞(bao)內容物(wu)溢(yi)出(chu)(chu)，可出(chu)(chu)現菌(jun)體(ti)空化現象(xiang)。從而證實(shi)了納米TiO2的(de)抑菌機(ji)理是在光催化作用下，納米TiO2禁(jin)帶(dai)(dai)上的電子由價(jia)帶(dai)(dai)躍遷到導(dao)帶(dai)(dai)，在表面形成高活性的電子-空穴對，并進一步形成·OHˉ、·O2ˉ、·OOHˉ通過一系(xi)列(lie)物理化學作用破壞細菌(jun)細胞，從而殺滅(mie)細菌(jun)。

四、TiO2光催化劑優點有哪些？

1、把太陽能轉化為化學能加(jia)以(yi)利用(yong)。

2、降解(jie)速度快，光激發空(kong)穴(xue)產生的·OH是(shi)強氧化自由基，可以在較短(duan)的(de)時間(jian)內成功的(de)分解(jie)包括難(nan)降(jiang)解(jie)有機(ji)(ji)物(wu)在內的(de)大多(duo)數有機(ji)(ji)物(wu)。

3、降解(jie)無選擇(ze)性，幾乎能降解(jie)任何有機(ji)污染物。4.降解范(fan)圍廣(guang)，幾乎對所(suo)有(you)的污水都可以采用(yong)。

4、具有高穩定性、耐光(guang)腐(fu)蝕、無毒等特(te)點，并且在處(chu)理(li)過程中不產生(sheng)二次污染；有機污染物能被氧化降解(jie)為(wei)CO2和H2O，并且其對人體無毒。

5、反(fan)應條件溫和，投資少，能耗低，用紫外光(guang)照射或暴露(lu)在(zai)太(tai)陽(yang)光(guang)下(xia)即可(ke)發(fa)生光(guang)催化(hua)化(hua)學反(fan)應。

6、反應(ying)設備簡單，易于操作控制。光催化反應(ying)具有穩(wen)定性，一般情況下，負(fu)載(zai)TiO2光催(cui)化(hua)劑能多次(ci)使用，不(bu)影響反應(ying)效果(guo)，催(cui)化(hua)作用持久長效。

TiO2能(neng)有(you)效的(de)將廢(fei)水中的(de)有(you)機(ji)物、無機(ji)物氧化或還原為(wei)CO2、PO43-、SO42-、NO3-、鹵素離子等無(wu)機小分子，達到(dao)完全無(wu)機化的目的。染(ran)料廢水(shui)、農藥廢水(shui)、表面活性(xing)劑、氯(lv)代物(wu)、氟里昂、含油廢水(shui)等都可以被TiO2催化降解。而且TiO2具(ju)有殺菌(jun)效(xiao)果，這種特性(xing)幾乎是無選(xuan)擇(ze)性(xing)的，包括各種細菌(jun)和病毒。

純粹的(de)TiO2需要紫外線的(de)協助，且(qie)作用緩(huan)慢(man)，所(suo)以作為器(qi)材(cai)消毒并不被認可，而隨著TiO2-NCP對可見(jian)光利(li)用(yong)的量子效應的增大(da)，作為器皿表面“自清潔”的能力，引起(qi)人們的極大(da)興致。

“自清潔”醫療器材的特點

①只(zhi)要有可見光(guang)存在，就能(neng)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(chi)久(jiu)。

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。