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什么是纳米光触媒

什么是纳米光触媒?光触媒,是一个外来词,起源于日本,由于日本文字写成“光触媒”,所以中国人就直接把她命名为“光触媒”。其实日文“光触媒”翻译成中文应该叫“光催化剂”翻译成英文叫“photo catalyst”。顾名思义其为接受光的能量后能产生催化效能的一种物质,其主要成分是纳米二氧化钛。

纳米二氧化钛是一种半导体,按晶型分类有:锐钛矿(Anatase)、金红石(Rutile)及板钛矿(Brookite)三种结晶结构,其中锐钛矿结构具有光催化(光触媒)特性。

是一种具有极强氧化能力的半导体活性材料,是新一代崭新纳米科技的结晶,以纳米级的二氧化钛(TiO2)为主要成份的光催化剂(光触媒)。

它具有极强的抗菌、除臭、自洁、防霉、防锈、防老化、分解毒气、城市降温等功能,能从根本上解决室内空气污染,效果显着而且对人体绝对安全。

被誉为本世纪治理室内环境污染最理想材料。同时也是工业上生产抗菌、防霉、自洁等功能产品的原料。

光催化剂的选择

研究发现:一些金属氧化物或硫化物半导体可被用做光催化材料〔1〕,表1 列出了一些已被用于光催化反应的半导体材料。

同时,表中列出了它们的价带(VB) 、导带(CB) 、带隙能以及跃迁所需入射光最大波长。

表1  水溶液pH = 1 时,若干半导体光催化剂的能位数据表

Table 1  Band position of some semiconductor photo catalyst in aqueous solution at pH = 1

半导体 价带(V) 导带(V) 能隙(eV) 最大吸收波长nm

TiO2 + 3. 1 - 0. 1 3. 2 387

SnO2 + 4. 1 + 0. 3 3. 9 318

ZnO2 + 3. 0 - 0. 2 3. 2 387

ZnS + 1. 4 - 2. 3 3. 7 335

CdS + 2. 1 - 0. 4 2. 5 496

CdSe + 1. 6 - 0. 1 1. 7 729

GaAs + 1. 0 - 0. 4 1. 4 886

根据Plank 方程:λ= hc/ E (1)其中,λ为入射光波长,h 为Plank 常数,即6. 63 ×10 - 34J ??S;c为光波速度;E为能隙。电子要从价带跃迁到导带,则辐射光波波长必须等于或小于式(1) 所计算的波长。

从表1 可以看出:TiO2 的价带和导带分别为+ 3. 1V 和- 0. 1V ,能隙为3. 2eV。代入式(1) 中得到λ为388nm。这个值接近紫外光波长(387nm) 。因此,在紫外光的照射下, TiO2 外层电子可发生电子跃迁,即从价带跃迁到导带,此外, TiO2 还具有很好的耐腐蚀,耐老化性能,而且原料易得。虽然ZnO 的能隙也是3.2eV ,但它容易被酸所腐蚀从而限制了其应用〔2〕。

其他的半导体材料(如:CdS) 吸收光谱能力较强。但是,由于这些材料容易与其他物质反应而不利于回收再利用。因此,目前纳米TiO2 是人们公认的最好的光催化剂材料。

纳米TiO2具有板钛矿、锐钛矿和金红石三种晶型。其中,锐钛矿和金红石已被广泛用于日用陶瓷,涂料等日常生活领域。锐钛矿和金红石的能隙分别为3. 2eV 和3. 0eV ,且前者没有后者稳定,当温度高于600 ℃时,锐钛矿会转化为金红石。

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