什么是纳米光触媒？;光触媒行业知识库

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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，效果显著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。
其他回答: (共3条)
1楼
光触媒有很多种，而纳米二氧化钛也也是如此，唯有选取二氧化钛小于20nm的锐钛型和金红石型，将它们按一定比例，以特殊工艺混合，具有锐钛型和金红石型两种晶型结构的产品对甲醛具有较高的光催化活性。其原理是将它们改变为混晶结构，使得其粒子尺寸较小，比表面积较大。
通常认为，锐钛型比金红石型的光催化活性高。其原因：一是锐钛型的二氧化钛Fermi能级比金红石型高0.1Ev,因此羟基化程度较高，二是锐钛型二氧化钛具有较宽的能带结构及较高的电子迁移效率。经特殊工艺混合后的二氧化钛许多粒子的表面被一层金红石所覆盖，因此，在二氧化钛上进行的光催化反映实际上大部分是发生在金红石表面。金红石是活性相或活性位，它起着与其他过渡金属氧化物相类似的作用。
为提高产品的光催化效率和对太阳能的利用率，科研人员利用特殊工艺在二氧化钛中加入微量的金属离子和阴离子。当有微量杂质掺入晶体时，可形成杂质置换缺陷，这些缺陷的存在有助于改善二氧化钛的光吸收，提高稳态光降解量子效率及光催化效能。
掺杂粒子提高二氧化钛的光催化效率的机制可概括为以下几方面：
①掺杂可以形成捕获中心。价态高于四价钛的金属离子捕获电子，低于四价钛的金属离子捕获空穴，一直e-/h+复合。
②掺杂可以形成掺杂能级，是能量较小的光子能激发掺杂能级上捕获的电子和空穴，提高光子的利用率。
③掺杂可以导致载流子扩散长度增大，从而延长了电子和空穴的寿命，抑制复合。
④掺杂可以造成晶格缺陷，有利于形成更多的Ti3+氧化中心。
采取上述措施后，彻底改变了传统光触媒效率低、见效慢等缺陷。提高光利用率和光催化效率8-10倍，可吸收太阳能波长提高至400nm以上的可见光区域，催化效率提高近20倍。
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2楼

就是主要由纳米级的二氧化钛组成的光半导体材料，具有光催化性和强氧化性。是国际性和会上公认的治理环境最好的材料。