一、二氧化鈦為什么是光催化材料？

在眾多半導體光催化材(cai)料中，TiO2以其(qi)化學性質穩(wen)定、氧化-還原性(xing)強、抗腐蝕、無毒及成(cheng)本低而成(cheng)為目前最(zui)為廣泛使用的(de)半導體光(guang)催(cui)化劑。

TiO2屬于(yu)一種n型(xing)半導體材料，它有(you)三種(zhong)晶型(xing)——銳鈦礦相(xiang)、金紅石相(xiang)和板鈦礦相(xiang)，從熱力學角度看，金紅石是(shi)相(xiang)對最穩定的晶型(xing)，熔(rong)點為1870℃；而銳鈦(tai)礦是二氧化鈦(tai)的低溫(wen)相(xiang)，一(yi)般(ban)在500℃~600℃時(shi)轉變(bian)為(wei)金紅(hong)(hong)石。二氧化鈦晶(jing)型轉變(bian)的(de)實質是(shi)晶(jing)胞結構組成(cheng)單元八面(mian)體的(de)結構重排。金紅(hong)(hong)石晶(jing)型結構中(zhong)原子排列更(geng)加致密(mi)，密(mi)度(du)(du)、硬(ying)度(du)(du)、介(jie)電(dian)常數更(geng)高(gao)，對光(guang)(guang)的(de)散射也更(geng)大。因此，金紅(hong)(hong)石是(shi)常用(yong)的(de)白色涂料(liao)和(he)(he)防紫(zi)外線材料(liao)，對紫(zi)外線有(you)非常強的(de)屏蔽作用(yong)，在工業涂料(liao)和(he)(he)化妝品方(fang)(fang)面(mian)有(you)著廣泛的(de)應用(yong)。銳欽礦的(de)帶(dai)隙寬度(du)(du)為(wei)稍大于金紅(hong)(hong)石的(de)，光(guang)(guang)生電(dian)子和(he)(he)空穴不易(yi)在表面(mian)復合，因而(er)具有(you)更(geng)高(gao)的(de)光(guang)(guang)催(cui)化活(huo)性能夠直接利用(yong)太陽光(guang)(guang)中(zhong)的(de)紫(zi)外光(guang)(guang)進行光(guang)(guang)催(cui)化降解，而(er)且不會(hui)引起二次污染(ran)。因此，銳鈦礦是(shi)常用(yong)的(de)處理環境污染(ran)方(fang)(fang)面(mian)問題的(de)光(guang)(guang)催(cui)化材料(liao)。

二、二氧化鈦光催化原理

ZXL-001納米二氧化鈦(tai)光催化反應機(ji)理：

納米TiO2光催化(hua)降解機理(li)共分為7個步(bu)驟來完(wan)成光催化(hua)的(de)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

當一個具有hv能量大(da)小的光子或者(zhe)具有大(da)于(yu)半導體禁帶寬度Eg的光子(zi)射入半導體時(shi)，一個電子(zi)由價(jia)帶(dai)(VB)激(ji)發(fa)到(dao)導帶(CB)，因而在導帶上(shang)產生一(yi)個高活性電子（eˉ)，在(zai)價帶上留下(xia)了一個(ge)空穴(h+)，形成氧化還原體系。溶解(jie)氧及(ji)水和電子及(ji)空穴相互作用(yong)，最終產生高活性的羥基。OHˉ、O2ˉ、OOHˉ自由(you)基(ji)具有強氧化(hua)性，能把大(da)多數吸附在TiO2表面的有(you)機污染物降解為(wei)CO2、H2O，把無機污(wu)染物氧化(hua)或(huo)還原(yuan)為無害物。

三、二氧化鈦光催化殺菌機理

ZXL-001納(na)米二氧化鈦具有很強的(de)光催(cui)化殺菌作(zuo)用。通過對納(na)米TiO2光催(cui)化殺滅革蘭(lan)氏陰、陽性細菌的致(zhi)死曲線進行對比(bi)、常(chang)規培養(yang)驗證(zheng)和透(tou)射電(dian)鏡觀察(cha)得出結論：納米TiO2光(guang)催(cui)化(hua)滅菌首先是(shi)從細(xi)(xi)菌細(xi)(xi)胞壁(bi)開始(shi)，其(qi)產生的自(zi)由基能破(po)壞(huai)細(xi)(xi)胞壁(bi)結構，使細(xi)(xi)胞壁(bi)斷(duan)裂(lie)、破(po)損，質膜解體(ti)，然后進入胞體(ti)內(nei)部破(po)壞(huai)內(nei)膜和細(xi)(xi)胞組分，使細(xi)(xi)胞質凝(ning)聚，導致(zhi)細(xi)(xi)胞內(nei)容物溢出，可(ke)出現(xian)(xian)菌體(ti)空化(hua)現(xian)(xian)象。從而證實了納米TiO2的抑(yi)菌機理是在光催化作(zuo)用下，納米(mi)TiO2禁帶(dai)上(shang)的電子(zi)由價帶(dai)躍遷到導帶(dai)，在表(biao)面形成高活性(xing)的電子(zi)-空穴對(dui)，并進一步形成·OHˉ、·O2ˉ、·OOHˉ通過一系列物理化學作用破壞(huai)細菌細胞，從而(er)殺(sha)滅細菌。

四、TiO2光催化(hua)劑優(you)點有哪些？

1、把(ba)太陽能(neng)轉化為化學能(neng)加以利用。

2、降解速度快，光激(ji)發空穴產生的·OH是強氧化自由基(ji)，可以在(zai)較短的時間內(nei)成(cheng)功的分解(jie)包括難(nan)降解(jie)有機(ji)物在(zai)內(nei)的大多數有機(ji)物。

3、降解(jie)無選擇性(xing)，幾乎能降解(jie)任何有機污染物。4.降解范圍廣，幾乎(hu)對所有的(de)污水(shui)都可(ke)以采(cai)用。

4、具(ju)有高穩定性(xing)、耐(nai)光腐蝕、無毒等特(te)點，并(bing)且在(zai)處(chu)理過程(cheng)中不產生二次污染；有機(ji)污染物能被(bei)氧(yang)化降解為CO2和H2O，并且其對人體無毒。

5、反(fan)應(ying)條件溫和，投(tou)資少，能耗低(di)，用紫(zi)外光(guang)照射或暴(bao)露在太陽光(guang)下(xia)即可發(fa)生光(guang)催化化學反(fan)應(ying)。

6、反(fan)應設(she)備簡單，易(yi)于(yu)操作控制。光催化反(fan)應具有穩定性，一般(ban)情(qing)況(kuang)下，負載TiO2光催化劑(ji)能(neng)多次(ci)使用(yong)，不影響(xiang)反應效(xiao)果(guo)，催化作用(yong)持久長效(xiao)。

TiO2能有效的(de)將廢水中的(de)有機物(wu)、無機物(wu)氧化或(huo)還原(yuan)為(wei)CO2、PO43-、SO42-、NO3-、鹵素離子(zi)等(deng)無機小分子(zi)，達到完全(quan)無機化的(de)目的(de)。染料(liao)廢(fei)水(shui)、農藥廢(fei)水(shui)、表面活性劑、氯(lv)代物、氟里昂、含油廢(fei)水(shui)等(deng)都可以被TiO2催化降(jiang)解。而(er)且(qie)TiO2具有殺菌效果，這種(zhong)特性幾乎(hu)是無選擇性的，包(bao)括各種(zhong)細菌和病毒。

純(chun)粹的TiO2需要紫外(wai)線的協(xie)助(zhu)，且(qie)作(zuo)用緩慢，所以(yi)作(zuo)為器材消(xiao)毒并不被認可(ke)，而(er)隨(sui)著TiO2-NCP對可(ke)見光利(li)用的(de)量子效(xiao)應(ying)的(de)增大，作為器皿表面“自清潔”的(de)能力，引(yin)起(qi)人(ren)們的(de)極大興致。

“自清潔”醫療器材的特點

①只(zhi)要(yao)有可見(jian)光(guang)存在，就能產生(sheng)作(zuo)用。

②光觸(chu)媒本身并(bing)不隨時(shi)間延(yan)長(chang)而消耗(hao),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。