1、光催化技術的簡述摘要：隨著社會的開展，高樓大廈也越來越多，擦窗工也成了一項高危職業。然 而光催化技術就能實現自我清潔。 當一定波長的光照射到光催化劑上時， 光催化 劑的價帶電子發生帶間躍遷 ,從而產生光生電子和空穴。此時吸附在光催化劑外 表的溶解氧俘獲電子形成超氧負離子 ,而空穴將吸附在催化劑外表的氫氧根離子 和水氧化成氫氧自由基。而超氧負離子和氫氧自由基具有很強的氧化性,能將絕大多數的有機物氧化至最終產物 C02和H20,甚至對一些無機物也能徹底分解。關鍵詞：半導體、光催化技術、自我清潔1. 去除有機物的傳統方式催化燃燒是借助催化劑在低溫下（200400 C ）下，實現對有機物的完全氧 化。

2、因此在有機廢氣特別是回收價值不大的有機廢氣凈化方面應用較廣。 但催化 燃燒法也有一定的缺點。 催化燃燒裝置的內部溫度高， 耗能大， 并且有一定的危 險。化學氧化法也是傳統去除有機物的一種應用很廣的方法。 其原理是就是用強 氧化劑對目標物進行氧化， 從而到達去除有機物的目的。 這種方法反響溫和容易 控制，但是反響效率不高，并且強氧化劑價格昂貴，無法大量使用。生物降解法是利用微生物降解代謝有機物為無機物來處理廢水。 通過人為的 創造適于微生物生存和繁殖的環境， 使之大量繁殖， 以提高其氧化分解有機物的 效率。其缺點是微生物對環境要求高， 并且生物降解法往往不能直接去除有機物， 必須經過其他工藝后，

3、才能到達標準。2. 光催化技術簡述正是因為傳統去除有機物的方式多多少少存在一些缺點， 半導體光催化技術 作為一種新型的環境治理技術，在有機物降解方面展示了廣闊的應用前景。光催化劑 導體、半導體和絕緣體按固體能帶理論 ,物質的核外電子有不同的能量。根據核外電子能級的不同， 把它們的能級劃分為三種能帶：導帶、禁帶和價帶。在禁帶里，是不允許有電子存在的。禁帶把導帶和價帶分開，對于導體，它 的大量電子處于導帶，能自由移動。在電場作用下成為載流子。因此，導體載流 子的濃度很大，能導電。對絕緣體和半導體，它的電子大多數都處于價， 。不能自由移動。但在熱、 光等外界因素的作用下， 可以使少量價帶中的電子越過

4、禁帶， 躍遷到導帶上去成 為載流子。絕緣體和半導體的區別主要是禁的寬度不同。 半導體的禁帶很窄， 因此電子 獲得能量越遷到導帶就相對容易，在外在電場的作用下可以形成電流。而絕緣體的禁帶寬， 電子獲得能力越遷到導帶的難度就大。 因此。絕緣體的 載流子的濃度很小，不能夠導電。實際絕緣體里，導帶里的電子不是沒有，并且 總有一些電子會從價帶躍遷到導帶， 但數量極少， 所以在一般情況下可以忽略在 外場作用下它們移動所形成的電流。半導體分為 p 型和 n 型。p 型半導體也稱為空穴型半導體。 P 型半導體即空穴濃度遠大于自由電子濃 度的雜質半導體。 在純潔的硅晶體中摻入三價元素，使之取代晶格中硅原子的 位

5、子，就形成 P 型半導體。在 P 型半導體中，空穴多，自由電子少，主要靠空 穴導電。摻入的雜質越多，空穴的濃度就越高，導電性能就越強。N 型半導體也稱為電子型半導體。 在純潔的硅晶體中摻入五價元素， 使之取 代晶格中硅原子的位置，就形成了 N型半導體。在N型半導體中，自由電子多， 空穴少，主要靠自由電子導電。摻入的雜質越多，自由電子的濃度就越高，導電 性能就越強。半導體光催化劑光觸媒于 1967 年被當時還是東京大學研究生的藤島昭教授發現。 在一次 試驗中對放入水中的氧化鈦單結晶進行了光線照射，結果 發現水被分解成了氧 和氫。光觸媒就是光催化劑。典型的天然光催化劑就是我們常見的葉綠素， 在植物

6、的光合作用中促進空氣 中的二氧化碳和水合成為氧氣和碳水化合物。 它幾乎可分解所有對人體和環境有 害的有機物質及局部無機物質，并且生成氧氣。當光子能量高于半導體吸收閾值的光照射半導體時 ,半導體的價帶電子發生 帶間躍遷 ,即從價帶躍遷到導帶 ,從而產生光生電子和空穴。此時吸附在納米顆粒 外表的溶解氧俘獲電子形成超氧負離子 ,而空穴將吸附在催化劑外表的氫氧根離 子和水氧化成氫氧自由基。而超氧負離子和氫氧自由基具有很強的氧化性,能將絕大多數的有機物氧化至最終產物二氧化碳和水。光觸媒的材料眾多，包括二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、二氧化鋯、硫化鎘等 多種氧化物硫化物半導體。 光催化劑可以根據需要的太陽光的波

7、長不同， 分為可 見光光催化劑和不可見光光催化劑。 其中可見光光催化劑二氧化鈦因其氧化能力 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。3. 納米技術和光催化納米技術是研究結構尺寸在 1 納米至 100 納米范圍內材料的性質和應用的 一種技術。 1981 年掃描隧道顯微鏡創造后，誕生了一門以 0.1 到 100 納米長度 為研究分子世界，它的最終目標是直接以原子或分子來構造具有特定功能的產 品。因此，納米技術其實就是一種用單個原子、分子射程物質的技術。納米技術的融入可以改善光催化技術的缺乏。 光催化劑的納米化可以使其比 外表積增大，與光和有機物的接觸面積增大，效率提高。同時拉近了距

8、離，使光 生載流子不易被復合，作用時間增長。但是同時增大了能級，吸收光偏紫外，吸 收可見光的效率低。例如最常用的光催化劑二氧化鈦。在 20 世紀 70 年代納米量級二氧化鈦的 光催化特性被發現，在國內外的研究中， 都可以展現出納米量級二氧化鈦的優勢， 在處理大氣污染、水污染，實現自我清潔方面也是有許多值得研究的內容。由于直接使用納米二氧化鈦粉體材料存在難別離回收、不能重復利用等困 難，不僅限制了該材料的實際應用，而且必將大大提高其使用本錢。因此，我們 采用特殊工藝技術制成的水溶二氧化鈦膠體、 漿料，形成納米二氧化鈦薄膜， 既 保持了納米二氧化鈦光催化氧化復原特性， 又克服了粉體應用的缺乏， 為

9、其推廣 應用帶來了極大的便利。在環保方面的應用隨著對環境污染控制研究的日益重視， 光催化氧化法被應用于氣相和水相中 一些難降解污染物的治理研究， 并取得了顯著的效果。 許多有機物甚至無機物都 能有效地進行光催化反響， 最終生成無機小分子物質， 消除其對環境的污染以及 對人體健康的危害。光催化技術處理環境污染在氣相催化研究方面也取得了一定的成效。 針對目 前比擬受關注的室內墻體涂料揮發出的一些有機污染物， 如苯，甲苯，甲醛等芳 香族有機物，它們對人體有較大危害，極大的影響了空氣的質量和人體的健康。 而利用光催化技術處理這類有機污染物具有反響速度快， 光的利用效率高， 不會 產生二次污染等優點。

10、但在光催化反響的速率方面， 由于氣體分子的擴散速度相 對較快，因此一般氣相光催化的反響速率比起液相都提高了幾個數量級。 因此氣 相中的光催化技術的研究有特別的難點。光催化劑在光的作用下， 生成光生空穴和光生電子， 外表的溶解氧俘獲電子 形成超氧負離子 ,而空穴將吸附在催化劑外表的氫氧根離子和水氧化成氫氧自由 基。超氧負離子和氫氧自由基都是強氧化劑， 可以可以用于生活用水的殺菌消毒； 負載 TiO2 光催化劑的玻璃，陶瓷等是醫院、賓館等各種衛生設施抗菌除臭的理 想材料。這樣的光催化殺菌劑有具有殺菌能力強、殺菌徹底、防霉、穩定等優勢。 光催化劑還可以通過有選擇地局部注射微粒到瘤內， 隨后用光導纖維

11、傳導紫 外光集中照射瘤組織體， 光激發光催化劑顆粒外表生成強活性的反響氧類直接滲 透進入瘤組織體，而殺死瘤組織體內的惡性細胞。在紫外光照射下，水在氧化鈦薄膜上完全浸潤。因此，在浴室鏡面、汽車玻 璃及后視鏡等外表涂覆一層二氧化鈦可以起到防結霧的作用。在窗玻璃、 建筑物的外墻磚、 高速公路的護欄、 路燈等外表涂覆一層二氧化 鈦薄膜，利用二氧化鈦在太陽光照射下產生的的強氧化能力和超親水性， 可以實 現外表自清潔。納米二氧化鈦在塑料中的應用利用納米二氧化鈦透光、 粒度小， 可使塑料變得更致密， 可使塑料薄膜的透 明度、強度和韌性、 防水性能大大提高。 在有機玻璃生產時參加表機經修飾的納 米二氧化鈦可使

12、有機玻璃抗紫外線輻射而到達抗老化的目的。光催化技術憑借在去除有機物方面徹底、 穩定、不產生二次污染物、 光催化 劑使用時間久等優勢， 在日后的生活中有極大的開展前景。 然而，我們還是面臨 著許多挑戰和難題。 日后將研究方向放在日常生活光催化技術的應用方面， 以及 光催化技術的可見光范圍化，光催化技術必定有更大的作用。參考文獻1 M. 北京：化學工業出版社， 20022 Abbas Afkhami, Hasan Bagheri, Tayyebeh Madrakian, Alumina nanoparticles g rafted with functional groups as a new a

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