光触媒

具有光催化功能的光半导体材料的总称

光触媒也叫光催化剂，是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的半导体材料的总称。具有代表性的光触媒材料是二氧化钛，它能在光照射下产生强氧化性的物质（如羟基自由基、氧气等），并且可用于分解有机化合物、部分无机化合物、细菌及病毒等。日常生活中，光触媒能有效地降解空气中有毒有害气体如甲醛等，高效净化空气；同时，能够有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理。

光触媒材料

常用的光触媒材料主要为N型半导体材料，具有禁带宽度低等特点，常用的光触媒半导体材料为二氧化钛。

ZrO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3、SiO2等也是光触媒材料，2000年以来又发现一些纳米贵金属（铂、铑、钯等）具有更好的光催化性能，但由于其中大多数易发生化学或光化学腐蚀，然而贵金属成本则过高，都不适于日常应用。

研究发现

早在20世纪30年代就已经发现了以氧化锌为基底的光触媒材料。1967年，日本东京大学的本多健一教授和博士生藤岛昭发现用光照射二氧化钛电极可进行水的电解反应，即“本多-藤岛效应”（Honda-Fujishima Effect），打开了二氧化钛在光催化领域应用的大门。1972年，《Nature》发表了Fujishima和Honda关于光催化在光解水领域的研究。开创了光催化研究的新篇章。

1976年，Garey等开拓了光触媒在环保领域的应用，利用光催化降解水中污染物。此后，拓展半导体光触媒材料在生活科学方面的应用领域，将光能转化为其他能量便成了主要的研究方向。

2015年，日本一公司开发了一种新型光触媒粒子，有望解决水不足问题。该粒子是由沸石粒子与二氧化钛微粒所构成，在紫外线照射下充分混合于污水中，可使污水净化成可饮用的程度。新型光触媒净水设备相当简便且高效，1天可净化高达3吨的水。高效清洁的光触媒材料在以节能为主题的时代，受到人们的强烈关注。

反应机理

光触媒光催化氧化是以N型半导体的能带理论为基础，半导体材料具有与金属不同的不连续能带结构，一般由填满电子的低能价带和含有空穴的高能导带构成，价带和导带之间存在禁带。当用能量等于或大于禁带宽度(又称带隙)的光照射时，价带上的电子(eˉ)会被激发跃迁至导带，在价带上产生相应的电子空穴(h+)并在电场的作用下分离迁移到表面。

热力学理论表明，分布在表面的光生空穴因具有很强的吸电子能力，可将吸附在TiO2表面上的OH-和H2O分子氧化成羟基自由基等。羟基自由基的氧化能力极强，可强效分解各种具有不稳定化学键的有机化合物和部分无机物，将其最终降解为H2O、CO2等无害的小分子物质，并可破坏细菌的细胞膜和凝固病毒的蛋白质载体。

特性

环保无毒

光触媒代表物质是TiO2，其化学稳定性高，且经美国食品药物管理局（FDA）认可为安全物质，对人体并无伤害，在食品、日常生活用品、化妆品、医药、养殖业中普遍采用。

消毒杀菌性

光触媒吸收自然光后具有强吸收电子的能力，即强氧化性，能有效催化分解有害有机、无机物质，也能消除细菌和病毒。例如，光触媒能将室内有害挥发性有机物甲醛、二氯苯、甲苯、二甲苯、TVOC等降解为无毒无害的小分子水和CO2。同时，也可以将细菌真菌释放出的毒素分解及无害化处理。

永久性

光触媒原液具有速干性的特性，涂于基材表面后即能速干并变成非水溶性物质，10天内便可达到相当于铅笔4H的硬度。在环境污染不严重的条件下，只要不磨损、不剥落，光触媒本身不会发生变化和损耗。在光的照射下可以持续不断的净化污染物，具有时间持久、持续作用的优点。但如果环境污染比较严重时，一些硫酸根和硝酸根离子会影响光触媒的寿命和效果，出现失活现象，但是可以通过相关技术工艺恢复其活性。

超亲水性

通常情况下，光触媒涂覆表面与水有较大的接触角，但经紫外光照射后，与水接触角减小到5°以下，甚至可达到0°，即水滴完全浸润在光触媒表面，显示非常强的超亲水性。停止光照后,表面超亲水性可维持数小时到一周左右，随后慢慢恢复到照射前的疏水状态。再用紫外光照射，又可表现为超亲水性，采用间歇紫外光照射就可以使表面始终保持超亲水状态。

自净性

经光触媒加工的表面，通过紫外线的照射后受到激发，可以把接触的有机物分解掉，不仅起到杀菌作用，还能将有害物质分解为无害小分子物质。同时由于光照条件下表现出的超亲水特性，当灰尘落于光触媒涂层上时，只需以清水清洗便达到洁净表面的目的。

功效及应用

空气净化

光触媒受光照后产生羟基自由基，与空气中的有机物质反应后生成无毒的无机物，能有效分解甲醛、苯、氨气等，将其转化成H2O和CO2，氧化除去大气中的氨氮化物、硫化物以及各类臭气，起到空气净化的作用。实验研究表明，光触媒对空气污染物的降解与其浓度有关，低浓度的甲醛可完全被光触媒光催化分解为H2O和CO2，而在较高浓度时，则先被氧化成HCOOH等中间体，然后在分解成H2O和CO2。

纺织品中或多或少都含有微量的甲醛或者其它有害物质，经过光触媒处理后的不仅可以有效的降低甲醛等有害物质的含量，而且纺织品在使用过程中也容易清洗。

传统地板精油只是养护地板的作用，而通过添加光触媒，制作成光触媒木质精油，实现了对地板保养的同时，还起到净化空气除甲醛的作用，尤其是当地板见光性好时，光触媒作用更强。

抗菌材料

将光触媒溶胶通过提拉、旋转、喷涂、涂抹等方法覆着在建筑瓷砖的表面, 再经过焙烧使之在瓷砖表面形成一层坚固的光催化剂膜。这种光催化瓷砖具有分解油污、杀菌灭菌等功能, 可以用于厨房、卫生间的墙面。实验测试结果表明，抗菌性陶瓷制品上的细菌生存数还不到普通陶瓷制品的1%。这种抗菌效果能有效防止处于阴暗潮湿、不易清洁的卫生洁具(如大、小便器)上的细菌繁殖和生长，并能防止尿液结垢及恶臭味的产生，具有很大的市场潜力。

废水处理

光触媒在光照条件下可使水中的羟基、卤代物、羧酸等物质发生氧化还原反应并逐步降解，最终变成无害小分子物质。在太阳光照射下，采用纳米TiO2负载的海泡石处理橄榄油废水去除效率达80%。

抗紫外线产品

纳米光触媒具有很强的散射和吸收紫外线的能力，并将这种光能转化为化学能，因而具有抗紫外线及防止褪色、老化的功能。将纳米光触媒溶液加入到涂层剂中，用来对棉织物进行涂层整理，可以得到抗紫外线良好的针织物。

沥青在热、氧气、阳光等环境因素作用下会发生一系列挥发、氧化、聚合,导致其路用性能劣化。一般地区的太阳辐射影响有限，所以沥青质量控制中主要考虑热老化，但对于青海、西藏等高海拔地区,空气稀薄，太阳辐射强烈，紫外线老化严重影响沥青混凝土路面的使用寿命。纳米 TiO2具有独特的紫外线屏蔽功能，且化学性质稳定，能较大程度地改善聚丙烯等材料的耐老化性能，将纳米TiO2掺入沥青，能改善沥青抗紫外线老化能力的影响。

TiO2 光触媒尤其是对人体有害的中长波紫外线的吸收能力很强，并且可透过可见光，无毒无味，无刺激性，加之可以随意着色，价格便宜，被广泛应用于防晒化妆品中。

自清洁镀膜

阳光照射后的 TiO2 薄膜表面具有很好的润湿性，具有良好的光诱导超亲水性，TiO2 的这种亲水性与光催化性使有机污物和无机污物均不容易附着在镀膜表面，并在自然雨水的冲刷下清洗表面。有光诱导亲水性作为提升，再借助于 TiO2 的光催化性才使负载有 TiO2薄膜的镀膜具有自清洁的性能。

光触媒TiO2应用于汽车玻璃，可有效防止雨天结雾、挂珠，保持后视镜及前窗玻璃的干净明亮，有利于汽车安全驾驶。TiO2经特殊处理后溅镀于玻璃上并形成薄膜，使具有防雾功能。当玻璃遇水且接受光源时，表面不结水滴而形成水膜，且在玻璃干燥后不会造成水痕。

陶瓷、卫浴在给人们带来生活便利的同时，也附带产生了一个问题——卫生清洁，这是一直以来困扰了人们的问题，尤其是马桶，洗漱盆等，长期使用后都会产生一定的异味或者污垢，普通清洁有很难去除，在经过多年实践应用后，光触媒被很好的融合到了陶瓷、卫浴的生产工艺，通过在陶瓷表面负载一层光触媒，不仅易于清洁，而且还有助于分解异味，防止污垢附着，极大的提高了陶瓷产品的清洁容易度。

疾病治疗

光催化最新的应用是用于疾病治疗，并且藤岛昭研发的光催化捕蚊器更是已经在疟疾肆虐的地区开始使用。

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