光催化原理

       光觸媒PHOTOCATALYSIS是光 Photo=Light + 觸媒(催化劑)catalyst的合成詞。光觸媒是一種在光的照射下，自身不起變化，卻可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，光觸媒是利用自然界存在的光能轉(zhuǎn)換成為化學(xué)反應(yīng)所需的能量，來產(chǎn)生催化作用，使周圍之氧氣及水分子激發(fā)成具氧化力的自由負(fù)離子。幾乎可分解所有對(duì)人體和環(huán)境有害的有機(jī)物質(zhì)及部分無(wú)機(jī)物質(zhì)，不僅能加速反應(yīng)，亦能運(yùn)用自然界的定侓，不造成資源浪費(fèi)與附加污染形成。具代表性的例子為植物的"光合作用"，吸收對(duì)動(dòng)物有毒之二氧化碳，利用光能轉(zhuǎn)化為氧氣及水。

光催化原理

        半導(dǎo)體光催化劑大多是n型半導(dǎo)體材料（當(dāng)前以為TiO2使用廣泛）都具有區(qū)別于金屬或絕緣物質(zhì)的特別的能帶結(jié)構(gòu),即在價(jià)帶(ValenceBand,VB)和導(dǎo)帶(ConductionBand,CB)之間存在一個(gè)禁帶(ForbiddenBand,BandGap)。由于半導(dǎo)體的光吸收閾值與帶隙具有式K=1240/Eg(eV)的關(guān)系,因此常用的寬帶隙半導(dǎo)體的吸收波長(zhǎng)閾值大都在紫外區(qū)域。當(dāng)光子能量高于半導(dǎo)體吸收閾值的光照射半導(dǎo)體時(shí),半導(dǎo)體的價(jià)帶電子發(fā)生帶間躍遷,即從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶,從而產(chǎn)生光生電子(e-)和空穴(h+)。此時(shí)吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負(fù)離子,而空穴將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成氫氧自由基。而超氧負(fù)離子和氫氧自由基具有很強(qiáng)的氧化性,能將絕大多數(shù)的有機(jī)物氧化至終產(chǎn)物CO2和H2O,甚至對(duì)一些無(wú)機(jī)物也能徹底分解。

光催化能源開發(fā)

     由于是借助光的能量促使水分子分解反應(yīng)，因此后來將這一現(xiàn)象中 的氧化鈦稱作光觸媒。 這種現(xiàn)象相當(dāng)于將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，以當(dāng)時(shí)正值石油危機(jī)的背景，世人對(duì)尋找新能源的期待甚為殷切， 因此這一技術(shù)作為從水中提取氫的劃時(shí)代方法受到了矚目，但由于很難在短時(shí)間內(nèi)提取大量的氫氣，所以利用于新能源的開發(fā)終 究無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此在轟動(dòng)一時(shí)后迅速降溫。 　　1992年次二氧化鈦光觸媒研討會(huì)在加拿大舉行， 日本的研究機(jī)構(gòu)發(fā)表許多關(guān)于光觸媒的新觀念，并提出 應(yīng)用于氮氧化物凈化的研究成果。二氧化鈦相關(guān)的 專利數(shù)目亦多，其它觸媒關(guān)連技術(shù)則涵蓋觸媒調(diào)配的 制程、觸媒構(gòu)造、觸媒擔(dān)體、觸媒固定法、觸媒性能測(cè) 試等。以此為契機(jī)，光觸媒應(yīng)用于抗菌、防污、空氣凈 化等領(lǐng)域的相關(guān)研究急劇增加，從1971年至2000年6月 總共有10,717件光觸媒的相關(guān)專利提出申請(qǐng)。二氧化鈦光觸媒的廣泛應(yīng)用，將為人們帶來清潔的環(huán)境、健 康的身體。 　　長(zhǎng)度的基本度量單位為米，10 -9 米稱為納 米(Nanometer; nm)。各種應(yīng)用材料也將由微米逐漸進(jìn)入納米時(shí)代。 納米材料由晶粒1~100nm大小的粒子所組成。粒徑為微細(xì)，具 有大的比表面積，且隨著粒徑的減少，表面原子百分比提高。 由于在表面上存在大量原子配位不完全而引起高表面能的現(xiàn)象，表 面能量占全能量的比例大幅提高，使納米材料在吸附、光吸收等方面具有新的特性。 　　

        光觸媒是一種在光的照射下，自身不起變化，卻可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，就象植物的光合作用中的葉綠素。光觸媒的材料多種多樣，但是為和研究為徹底的是納米二氧化鈦。光觸媒在太陽(yáng)光的照射下能產(chǎn)生羥基自由基、超氧自由基等活性物種，因而具備抗菌、除臭、油污分解、防霉防藻、空氣凈化的作用。