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光触媒的反应原理 | |||||
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编辑:空气污染综合治理网 时间:2005-2-15 | |||||
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光触媒是一种光催化剂。催化剂是用于降低用于降低化学反应所需的能量，促使化学反应加快速度，但其本身却不因化学反应而产生变化的物质。光触媒顾名思义即是以光的能量来作为化学反应能量来源的，利用二氧化钛作为催化剂，加速氧化还原反应，使吸附在表面的氧气及水分子激发成极具活性的·OH及O2-自由基，这些氧化力极强的自由基几乎可分解所有对人体或环境有害的有机物质及部分无机物质，使其迅速氧化分解为稳定且无害物质（水、二氧化碳），以达到净化空气的功用。 当光照射二氧化钛超微粒时，在价带的电子被光的能量激发而跳升至导带，同时在价带产生带正电的空穴，而形成一组电子–空穴对（electron–hole pair），其反应时间仅数微秒（ūsee）。在二氧化钛表面进行光催化反应可分为下列几个步骤： ① 反应物、氧气及水分子吸附于二氧化钛表面： ② 经光照射后，二氧化钛产生电子及空穴； ③ 电子和空穴分别扩散到二氧化钛粒子表面； ④ 电子、空穴和氧及水分子形成氢氧自由； ⑤ 氢氧自由基和反应物进行氧化反应； ⑥ 产物再由二氧化钛表面脱离。 二氧化钛化学稳定性非常强，除热浓硫酸之外，其它溶剂均难以分解，在太阳光或灯光照射下，二氧化钛吸收光线中的紫外线后，内部电子被激发，产生游离电子及空穴，从而产生可以氧化分解各种有机化合物和部分无机物的活性氧类的超氧化物，它可以破坏细胞的细胞膜，使细菌质流失至死亡，凝固病毒的蛋白质，抑制病毒的活性，并捕捉、杀除空气中的浮游细菌，同时，二氧化钛受光后生成的氢氧自由基，可以将苯、甲醛、氨气等到有害物质氧化还原成二氧化碳和水，二氧化钛并不直接参与还原反应，只是扮演发生反应所需的媒介，即使在室内荧光灯等微弱光源下也能发挥其功能，所以本身并不随时间而消耗衰减。 在这个光催化反应中，有个关键的环节就是光能的吸收，早期的光触媒必须接受强烈的紫外线光源才能产生反应，限制了光触媒的应用，经过日本科学界的深入研究，滕森光触媒已经不仅能在弱紫外线、而且能在波长400至800nm的光作用下也能产生催化反应，大大扩展了光触媒的应用范围和反应效果。 | |||||
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