基本介紹
- 中文名：納米光觸媒
- 外文名：Nano Photocatalysts
納米光觸媒材料,光觸媒產品套用領域,如何鑑別光觸媒優劣,
納米光觸媒材料
世界上能作為光觸媒的材料眾多，包括二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO2)、二氧化鋯(ZrO2)、硫化鎘(CdS)等多種氧化物硫化物半導體，其中二氧化鈦(Titanium Dioxide)因其氧化能力強，化學性質穩定無毒，成為世界上最當紅的納米光觸媒材料。在早期，也曾經較多使用硫化鎘(CdS)和氧化鋅(ZnO)作為光觸媒材料，但是由於這兩者的化學性質不穩定，會在光催化的同時發生光溶解，溶出有害的金屬離子具有一定的生物毒性，故已開發國家已經很少將它們用作為民用光催化材料，部分工業光催化領域還在使用。二氧化鈦是一種半導體，分別具有銳鈦礦(Anatase)，金紅石(Rutile)及板鈦礦(Brookite)三種晶體結構，其中只有銳鈦礦結構和金紅石結構具有光催化特性。
二氧化鈦是氧化物半導體的一種，是世界上產量非常大的一種基礎化工原料，普通的二氧化鈦一般稱為體相半導體以與納米二氧化鈦相區分。具有Anatase或者Rutile結構的二氧化鈦在具有一定能量的光子激發下，能使分子軌道中的電子離開價帶(Valence band)躍遷至導帶(conduction band)。從而在材料價帶形成光生空穴[Hole+]，在導帶形成光生電子[e-],在體相二氧化鈦中由於二氧化鈦顆粒很大，光生電子在到達導帶開始向顆粒表面活動的過程中很容易與光生空穴複合，從而從巨觀上我們無法觀察到光子激發的效果。但是納米的二氧化鈦顆粒由於尺寸很小，所以電子比較容易擴散到晶體表面，導致原本不帶電的晶體表面的2個不同部分出現了極性相反的2個微區-光生電子和光生空穴。由於光生電子和光生空穴都有很強的能量，遠遠高出一般有機污染物的分子鏈的強度，所以可以輕易將有機污染物分解成最原始的狀態。同時光生空穴還能與空氣中的水分子形成反應，產生氫氧自由基亦可分解有機污染物並且殺滅細菌病毒。這種在一個區域內2個微區截然相反的性質並且共同達到效果的過程是納米技術典型的套用，一般稱之為二元論。該反應微區稱之為二元協同界面。
從上面介紹我們可以看到，二氧化鈦的光催化反應過程，很大程度依靠第一步的光子激發，所以有足夠激發二氧化鈦的光子，才能提供足夠的能量，我們也可以知道，光催化反應並不是憑空產生的它也是需要消耗能量的，符合能量守恆原則，它消耗的是光子，也就是光能。如果是太陽光照射光觸媒就利用太陽能，燈光就是利用光能。聯合國將納米光觸媒開發列為21世紀太陽能利用計畫的重要組成部分。
什麼樣的光子能激發二氧化鈦呢，從理論結構上來說，銳鈦二氧化鈦的導帶與價帶之間的間隙[我們稱之為能隙]是3.2eV 而金紅石二氧化鈦為3.0eV,所以金紅石需要光能大於3.0eV的光子而銳鈦需要大於3.2eV的光子。光子的能量E與波長λ(Lambda)與之具有反比關係E = h C / λ，所以可以知道波長小於380nm的光可以激發銳鈦型二氧化鈦。雖然銳鈦礦需要略多的能量來激發，但是同樣的銳鈦礦的二氧化鈦光觸媒具有更強的氧化能力，所以被更為廣泛的使用。有研究表明接近7nm粒徑時，銳鈦礦要比金紅石更為穩定，這也是很多納米光觸媒採用銳鈦型的原因。
當然，隨著科技的進步人類能夠已經突破了380nm的界限，國內外均已研發出在可見光下也有回響的光觸媒產品
光觸媒產品套用領域
納米二氧化鈦（光觸媒）廣泛套用於室內空氣淨化、污水處理、塗料、化妝品、塑膠、紡織品、陶瓷、玻璃、脫腥嗅、消毒殺菌等領域。例如：在養殖業可用來預防各種動物傳播疫病；在紡織業可製作出多種功能纖維，如抗紫外線型、抗菌除臭型、遠紅外線反射型、拒水防污型等多功能的紡織產品；在油漆領域可制出著色很強的轎車金屬閃光面漆和防鏽漆；在塗料領域通過添加該產品可制出具有消毒殺菌和空氣淨化等功能的塗料產品。
如何鑑別光觸媒優劣
國內市場上常見的光觸媒產品主要分為金黃色、蛋黃色和乳白色三種顏色。一流的生產工藝和納米級二氧化鈦粒徑，可以使二氧化鈦在光觸媒液體中均勻分布，不產生沉澱和其他絮狀物，因此優質光觸媒產品為淡黃色透明液體。
一般消費者在選擇光觸媒產品時，首先需要廠家提供帶有CMA標誌的滅菌檢測、有害物質降解和無毒實驗報告，然後再通過感官鑑別方法判斷產品的品質。
劣質產品多現於乳白色產品中，此類產品靜置5至10分鐘即會出現沉澱，瓶底堆積大量白色顆粒物。這種沉澱說明產品分散工藝不佳，從而造成二氧化鈦團聚。這種團聚會直接影響到光觸媒活性，降低產品的光催化能力，進而失去污染降解效力。
優質光觸媒產品無任何異味，而劣質光觸媒則具有強烈的酸腐氣味或較強的鹼味。用簡單的ph試紙就能測出產品的酸鹼性。異味的出現，說明產品在生產過程中添加了大量有機成分，如磷酸等腐蝕性較強的酸類物質，噴塗後會對環境造成污染和腐蝕。
