自1972年日本科學(xué)家Fujishima發(fā)現(xiàn)二氧化鈦具有光催化特性以來(lái)，光催化技術(shù)得到了廣泛的研究。納米二氧化鈦被認(rèn)為是解決室內(nèi)外空氣污染問(wèn)題最理想的光催化材料之一，世界發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)自20世紀(jì)70年代以來(lái)投入了大量人力和物力，針對(duì)其環(huán)境的污染問(wèn)題進(jìn)行研究，取得了顯著的成果。但目前由于光催化技術(shù)較低的可見(jiàn)光響應(yīng)能力，因而在室內(nèi)空氣凈化領(lǐng)域所占份額不足10%。針對(duì)該問(wèn)題，日本于2009年啟動(dòng)了為期10年的光催化研究國(guó)家行動(dòng)計(jì)劃，目的同樣是要制備高可見(jiàn)光活性納米二氧化鈦光催化產(chǎn)品。目前納米TiO2環(huán)境凈化材料已被廣泛應(yīng)用到環(huán)境凈化的各個(gè)領(lǐng)域，主要包括室內(nèi)空氣凈化、長(zhǎng)效廣譜抗菌消毒、強(qiáng)力防霉、親水自潔抗污、臭氣廢氣處理、污水治理等。但由于這些應(yīng)用對(duì)紫外光的依賴，導(dǎo)致未能真正大面積推廣應(yīng)用。
納米二氧化鈦（TiO2）是一種無(wú)毒無(wú)害的半導(dǎo)體材料，當(dāng)其受到與其禁帶能量相當(dāng)?shù)淖贤饩�照射時(shí)，會(huì)發(fā)生電子躍遷形成高活性的光生電子-空穴對(duì)，所產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)在內(nèi)部電場(chǎng)作用下分離并遷移到材料表面，光生空穴將吸附于材料表面的水氧化形成活性羥基自由基，光生電子可以將吸附于材料表面的氧氣還原生成超氧自由基，由于所生成的羥基自由基和超氧自由基的摩爾反應(yīng)能分別高達(dá)402.8千焦和431.1千焦，足以將由碳、氫、氧、氮等形成的化學(xué)鍵分解，最終生成無(wú)毒無(wú)味的CO2、H2O及一些簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，達(dá)到降解揮發(fā)性有機(jī)化合物（苯、甲苯、甲醛等）、殺滅細(xì)菌病毒、去除PM2.5重要產(chǎn)生源（氮氧化物和硫氧化物）等凈化環(huán)境的目的。美國(guó)環(huán)保署（EPA）官方網(wǎng)站公布的數(shù)據(jù)表明，9大類共114種優(yōu)先控制的毒害性有機(jī)污染物，均可在紫外光照射下被TiO2降解，在降解過(guò)程中，納米二氧化鈦起到的是催化劑的作用，本身并不被消耗而具有持續(xù)長(zhǎng)效作用。但由于其禁帶寬度為3.2eV，目前大部分光催化材料只能被紫外線激發(fā)而不能高效利用可見(jiàn)光實(shí)現(xiàn)光催化，大大限制了推廣應(yīng)用。
光催化技術(shù)以其良好的性能可廣泛應(yīng)用在以下領(lǐng)域：
1、光催化防霉抗菌
光催化材料在光的照射下，表面會(huì)生成超氧自由基和羥基自由基，這兩個(gè)活性基團(tuán)具有超強(qiáng)的反應(yīng)能力，能破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜使其死亡，從而長(zhǎng)效廣譜的殺滅各種細(xì)菌、霉菌和病毒，因而可以應(yīng)用于醫(yī)院、幼兒園、中小學(xué)等公共場(chǎng)所，長(zhǎng)期有效抗菌的同時(shí)可以全方位改善空氣質(zhì)量。
2、光催化空氣凈化
光催化材料在光的照射下可以持續(xù)的將吸附于其表面的氧氣和水轉(zhuǎn)化為具有強(qiáng)氧化能力的活性基團(tuán)，這些活性基團(tuán)可以將空氣中的各種氣相污染物（甲醛、苯、揮發(fā)性有機(jī)物、氮氧化物和各種菌落）降解為無(wú)污染的水、二氧化碳等無(wú)機(jī)物，從而達(dá)到長(zhǎng)期有效的凈化空氣的目的，可廣泛應(yīng)用于室內(nèi)、車(chē)內(nèi)等密閉空間。
3、光催化自潔凈霾
光催化材料在太陽(yáng)光的照射下可以催化分解有機(jī)物污染物的同時(shí)表面會(huì)產(chǎn)生超親水特性，因此涂覆有光催化薄膜的建筑材料會(huì)在雨水的作用下長(zhǎng)期保持潔凈，起到自清潔的功效�？梢詮V泛應(yīng)用于建筑幕墻以及各種交通設(shè)施表面，實(shí)現(xiàn)自潔易潔、保持美觀的同時(shí)還可以分解大氣中的致霾氣體（氮氧化物、硫氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物）。
4、光催化水體凈化
光催化材料在光的照射下產(chǎn)生強(qiáng)氧化性和強(qiáng)還原性的基團(tuán)，氧化基團(tuán)可將水中存在的有機(jī)污染物氧化分解為CO2和水等無(wú)害物質(zhì)；還原基團(tuán)則可以將水體中高價(jià)有毒金屬離子還原使其不再有毒性，適用于各種污水及景觀水的凈化處理。 |
