30秒帶你了解什么是光觸媒

    光觸媒在近些年逐漸進入公眾的視野，特別是光觸媒抗菌的概念越來越流行，但是很多人并不知道什么是光觸媒，以及抗菌的原理是什么？山東中康新材料為大家詳細(xì)介紹光觸媒抗菌的相關(guān)知識。

• 什么是光觸媒？

    光觸媒也叫光催化劑，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(dǎo)體材料的總稱。具有代表性的光觸媒材料是二氧化鈦，它能在光照射下產(chǎn)生強氧化性的物質(zhì)（如羥基自由基、氧氣等），并且可用于分解有機化合物、部分無機化合物、細(xì)菌及病毒等。日常生活中，光觸媒能有效地降解空氣中有毒有害氣體如甲醛等，高效凈化空氣；同時，能夠有效殺滅多種細(xì)菌，并能將細(xì)菌或真菌釋放出的毒素分解及無害化處理。

• 光觸媒主要材料

    常用的光觸媒材料主要為N型半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度低等特點，常用的光觸媒半導(dǎo)體材料為二氧化鈦。ZrO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3、SiO2等也是光觸媒材料，2000年以來又發(fā)現(xiàn)一些納米貴金屬（鉑、銠、鈀等）具有更好的光催化性能，但由于其中大多數(shù)易發(fā)生化學(xué)或光化學(xué)腐蝕，然而貴金屬成本則過高，都不適于日常應(yīng)用。

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• 最新研究

    早在20世紀(jì)30年代就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了以氧化鋅為基底的光觸媒材料。1967年，日本東京大學(xué)的本多健一教授和博士生藤島昭發(fā)現(xiàn)用光照射二氧化鈦電極可進行水的電解反應(yīng)，即“本多-藤島效應(yīng)”（Honda-Fujishima Effect） ，打開了二氧化鈦在光催化領(lǐng)域應(yīng)用的大門。 1972年，《Nature》發(fā)表了Fujishima和Honda關(guān)于光催化在光解水領(lǐng)域的研究。開創(chuàng)了光催化研究的新篇章。

    1976年，Garey等開拓了光觸媒在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用，利用光催化降解水中污染物。此后，拓展半導(dǎo)體光觸媒材料在生活科學(xué)方面的應(yīng)用領(lǐng)域，將光能轉(zhuǎn)化為其他能量便成了主要的研究方向。

    2015年，日本一公司開發(fā)了一種新型光觸媒粒子，有望解決水不足問題。該粒子是由沸石粒子與二氧化鈦微粒所構(gòu)成，在紫外線照射下充分混合于污水中，可使污水凈化成可飲用的程度。新型光觸媒凈水設(shè)備相當(dāng)簡便且高效，1天可凈化高達(dá)3噸的水。高效清潔的光觸媒材料在以節(jié)能為主題的時代，受到人們的強烈關(guān)注。

• 反應(yīng)機理

     光觸媒光催化氧化是以N型半導(dǎo)體的能帶理論為基礎(chǔ)，半導(dǎo)體材料具有與金屬不同的不連續(xù)能帶結(jié)構(gòu)，一般由填滿電子的低能價帶和含有空穴的高能導(dǎo)帶構(gòu)成，價帶和導(dǎo)帶之間存在禁帶。當(dāng)用能量等于或大于禁帶寬度(又稱帶隙)的光照射時，價帶上的電子(eˉ)會被激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，在價帶上產(chǎn)生相應(yīng)的電子空穴(h+)并在電場的作用下分離遷移到表面。

    熱力學(xué)理論表明，分布在表面的光生空穴因具有很強的吸電子能力，可將吸附在TiO2表面上的OH-和H2O分子氧化成羥基自由基等。羥基自由基的氧化能力極強，可強效分解各種具有不穩(wěn)定化學(xué)鍵的有機化合物和部分無機物，將其最終降解為H2O、CO2等無害的小分子物質(zhì)，并可破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜和凝固病毒的蛋白質(zhì)載體。