光催化材料-经济百科

什么是光催化材料

光催化材料是指在光作用下可以诱发光氧化一还原反应的一类半导体材料。

主要的光催化材料

1.TiO2光催化材料及其改性研究

目前，以TiO2为代表的半导体光催化剂研究最为成熟，它可以有效地利用太阳光(紫外线)降解绝大多数有机污染物、细菌和部分无机物，降解最终产物为H20、CO2。和无害的盐类，产物清洁，能达到净化环境的目的。一方面，单纯的TiO2。光催化效率不高，而且光响应范围较窄，在紫外光区，太阳光利用率低；另一方面，半导体光生电子一空穴对的复合几率较高，处于激发态的空穴与电子极易通过以下几种途径失活：1)电子与空穴的重新复合；2)迁移到粒子表面与吸附的其他电子给体或受体发生氧化还原反应；3)被亚稳态的表面捕获等，从而制约了其发展。因此，对于TiO2。的改性研究，提高其光催化效率，扩大它的光响应范围，是近些年主要的研究方向。

TiO2的改性研究主要通过贵金属沉积、掺杂过渡金属离子、有机染料光敏化以及半导体复合等方法引入杂质或缺陷，从而改善TiO2的光吸收，提高量子效率和光催化反应速度。

1)贵金属沉积。贵金属沉积对改善光催化剂反应效率是十分有效的，贵金属的选择也十分重要。在TiO2表面沉积1层Ag、Pt、Au、Pd等贵金属，相当于在TiO2表面形成了1个以TiO2及惰性金属微电极的短路微电池，从而能有效地抑制光生电子和光生空穴的复合，提高催化剂的光催化性能。目前研究较多的是Pt的沉积。

2)离子掺杂。在TiO2表面适当地引入一些金属离子，如Fe

纳米二氧化钛问世于80年代后期，根据TiO2粉末晶体结构，将其分为金红石型(Rutile)、锐钛矿型(Anatase)、板钛矿型和无定型TiO2。TiO2独特的光学性能及其电性能，使其在催化剂领域、抗紫外线吸收剂、气敏传感器件等众多领域具有广泛的应用前景，在光电池方面也显示出巨大的应用潜力。其独特的超亲水性和斥水性也使其在日常生活及国防工业中有独特的应用。

1.在污水处理方面的应用

利用TiO2的光催化性能来处理废水是一种行之有效的改善环境的方法。纺织印染工业和照相工业的污染物，大多数是有毒的，且难以生物降解，近年来已证明可用TiO2光催化降解。工业有毒溶剂，化学杀虫剂，木材防腐剂、染料等，如卤代烃、有机酸类、苯的衍生物、烃类、酚类、表面活性剂等也可被TiO2光催化降解。

2.在空气净化方面的应用

TiO2作为空气净化材料可有效地降解室内外有机污染物，氧化除去大气中氯氧化物、硫化物以及各类臭气等，还可有效地降解室内有害气体如装饰材料等放出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢、氨等。

3.表面防雾、防露

通常情况下，TiO2TiO_2 涂膜表面与水有较大的接触角，但经紫外光照射后，水的接触角减小到5°以下，甚至可达到0°。即水滴完全浸润在TiO2表面，显示非常强的超亲水性。正常条件下，油性液体如乙二醇、十六烷、三油酸甘油酯等与TiO2表面有较大的接触角，经紫外光照射后，这些液体也会完会浸润在玻璃镀膜表面。即经紫外光照射后，TiO2表面具有水油两亲合性。属“超双亲性界面材料”，采用这种材料处理玻璃、瓷砖、农用薄膜，具有自洁、防雾等效果。

4.TiO2的表面超疏水性

一般的斥水材料如氟树脂表面与水的接触角约为110°，而加入TiO2后其表面与水的接触角可达160°，显示出超斥水特性。利用TiO2表面的超斥水特性，可使其表面具有防雪、防水滴、防污等特性。结合TiO2 表面超亲水性和超斥性，在不同波长和时间的紫外光照射下，可实现TiO2 表面超斥水性和超亲水性间的相互转化，此特性在印刷业具有广泛的应用前景。

5.紫外吸收特性

由于纳米粒子的小尺寸效应和量子尺寸效应，诱导光吸收带蓝移，可以使原来在紫外波段没有吸收能力的常规材料通过纳米化技术的改造，而产生宽频带强紫外吸收能力，这就为设计新型的紫外屏蔽、紫外光过滤、抗老化、防降解的材料提供了新的机遇，扩大了选择的范围。有实验证明，30~40nm 的TiO2纳米微粒树脂膜，是良好的紫外屏蔽、抗老化材料。具有紫外吸收能力的纳米微粒复合到油漆、涂料、防晒霜、化妆品以及高聚物塑料中可以制备出新型的纳米技术改性产品。纳米TiO_2是制备上述新产品的添加剂之一。据预测，在化妆品方面，日本每年作为防晒剂用于化妆品的原料，需求纳米TiO2达1000T。用于化妆品的TiO2粒径以30~50nm为最佳，晶型金红石型优于锐钛矿型。