一、二氧化鈦為什么是光催化材料？

在眾多半導(dǎo)體光催化材料中，TiO2以其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、氧化-還原性強、抗腐蝕、無毒及成本低而成為目前最為廣泛使用的半導(dǎo)體光催化劑。

TiO2屬于一種n型半導(dǎo)體材料，它有三種晶型——銳鈦礦相、金紅石相和板鈦礦相，從熱力學(xué)角度看，金紅石是相對最穩(wěn)定的晶型，熔點為1870℃；而銳鈦礦是二氧化鈦的低溫相，一般在500℃~600℃時轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石。二氧化鈦晶型轉(zhuǎn)變的實質(zhì)是晶胞結(jié)構(gòu)組成單元八面體的結(jié)構(gòu)重排。金紅石晶型結(jié)構(gòu)中原子排列更加致密，密度、硬度、介電常數(shù)更高，對光的散射也更大。因此，金紅石是常用的白色涂料和防紫外線材料，對紫外線有非常強的屏蔽作用，在工業(yè)涂料和化妝品方面有著廣泛的應(yīng)用。銳欽礦的帶隙寬度為稍大于金紅石的，光生電子和空穴不易在表面復(fù)合，因而具有更高的光催化活性能夠直接利用太陽光中的紫外光進(jìn)行光催化降解，而且不會引起二次污染。因此，銳鈦礦是常用的處理環(huán)境污染方面問題的光催化材料。

二、二氧化鈦光催化原理

ZXL-001納米二氧化鈦光催化反應(yīng)機(jī)理：

納米TiO2光催化降解機(jī)理共分為7個步驟來完成光催化的過程：

1、TiO2 hv→eˉ h

2、h H2O→OH H

3、eˉ O2→OOˉ

4、OOˉ H →OOH

5、2OOH→O2 H2O2

6、OOˉ eˉ 2H →H2O2

7、H2O2 eˉ→OH OHˉ

8、h OHˉ→OH

當(dāng)一個具有hv能量大小的光子或者具有大于半導(dǎo)體禁帶寬度Eg的光子射入半導(dǎo)體時，一個電子由價帶(VB)激發(fā)到導(dǎo)帶(CB)，因而在導(dǎo)帶上產(chǎn)生一個高活性電子（eˉ)，在價帶上留下了一個空穴(h )，形成氧化還原體系。溶解氧及水和電子及空穴相互作用，最終產(chǎn)生高活性的羥基。OHˉ、O2ˉ、OOHˉ自由基具有強氧化性，能把大多數(shù)吸附在TiO2表面的有機(jī)污染物降解為CO2、H2O，把無機(jī)污染物氧化或還原為無害物。

三、二氧化鈦光催化殺菌機(jī)理

ZXL-001納米二氧化鈦具有很強的光催化殺菌作用。通過對納米TiO2光催化殺滅革蘭氏陰、陽性細(xì)菌的致死曲線進(jìn)行對比、常規(guī)培養(yǎng)驗證和透射電鏡觀察得出結(jié)論：納米TiO2光催化滅菌首先是從細(xì)菌細(xì)胞壁開始，其產(chǎn)生的自由基能破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞壁斷裂、破損，質(zhì)膜解體，然后進(jìn)入胞體內(nèi)部破壞內(nèi)膜和細(xì)胞組分，使細(xì)胞質(zhì)凝聚，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物溢出，可出現(xiàn)菌體空化現(xiàn)象。從而證實了納米TiO2的抑菌機(jī)理是在光催化作用下，納米TiO2禁帶上的電子由價帶躍遷到導(dǎo)帶，在表面形成高活性的電子-空穴對，并進(jìn)一步形成·OHˉ、·O2ˉ、·OOHˉ通過一系列物理化學(xué)作用破壞細(xì)菌細(xì)胞，從而殺滅細(xì)菌。

四、TiO2光催化劑優(yōu)點有哪些？

1、把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能加以利用。

2、降解速度快，光激發(fā)空穴產(chǎn)生的·OH是強氧化自由基，可以在較短的時間內(nèi)成功的分解包括難降解有機(jī)物在內(nèi)的大多數(shù)有機(jī)物。

3、降解無選擇性，幾乎能降解任何有機(jī)污染物。4.降解范圍廣，幾乎對所有的污水都可以采用。

4、具有高穩(wěn)定性、耐光腐蝕、無毒等特點，并且在處理過程中不產(chǎn)生二次污染；有機(jī)污染物能被氧化降解為CO2和H2O，并且其對人體無毒。

5、反應(yīng)條件溫和，投資少，能耗低，用紫外光照射或暴露在太陽光下即可發(fā)生光催化化學(xué)反應(yīng)。

6、反應(yīng)設(shè)備簡單，易于操作控制。光催化反應(yīng)具有穩(wěn)定性，一般情況下，負(fù)載TiO2光催化劑能多次使用，不影響反應(yīng)效果，催化作用持久長效。

TiO2能有效的將廢水中的有機(jī)物、無機(jī)物氧化或還原為CO2、PO43-、SO42-、NO3-、鹵素離子等無機(jī)小分子，達(dá)到完全無機(jī)化的目的。染料廢水、農(nóng)藥廢水、表面活性劑、氯代物、氟里昂、含油廢水等都可以被TiO2催化降解。而且TiO2具有殺菌效果，這種特性幾乎是無選擇性的，包括各種細(xì)菌和病毒。

純粹的TiO2需要紫外線的協(xié)助，且作用緩慢，所以作為器材消毒并不被認(rèn)可，而隨著TiO2-NCP對可見光利用的量子效應(yīng)的增大，作為器皿表面“自清潔”的能力，引起人們的極大興致。

“自清潔”醫(yī)療器材的特點

①只要有可見光存在，就能產(chǎn)生作用。

②光觸媒本身并不隨時間延長而消耗,使用壽命持久。

③零廢物，光觸媒在殺滅微生物的同時還消除了微生物的次級代謝產(chǎn)物。