光触媒的特点

    『光触媒』,概括地说就是经过光的照射,自身强不起变化,郄可以促进化学反应的物质。举例来说,植物的光合作用是众所周知的,而在光合作用起重要作用的叶绿素,即为『光触媒』。光触媒分为有机金属错体〈色素〉和半导体。半导体光触媒经过光的照射,能控制化学反应。它所产生功能即为消臭、杀菌、抗菌、防污和除去有害物质等等。把这些机能应用于生活中,是研究和开发光触媒的最大目的。
  
   近几年出现的二氧化钛是比较有名的光触媒,除此之外也有别的物质。二氧化钛的起源强不明确,但氧化锌的『光触媒反应』在1930年左右就有文献记载。二氧化钛登上历史舞台是从1968年开始的。当时的东京大学研究生藤岛昭把它当作电子相片的画相材料,作为基础研究的一环,能对光产生反应的氧化物半导体进行了研究。那时把氧化锌和硫化镉作为电极,在水溶液中通过光照射,根据光的强弱就能产生电流,这一现象当时已被众所周知。在德国及美国有众多科学家热衷与此项研究。与此同时藤岛偶然得到了氧化钛的单晶体,将它用钻石切割器切成片状后,试著作为电极使用。另一端使用白金电极,做成了封闭式电路。然后用氙气灯的光照射氧化钛。令人吃惊的是氧化钛和白金的两电极产生了大量的气体。立刻用「气体色谱法」对此进行了分析后。发现从氧化钛中产生了氧,白金中产生了氢。即得出了水经过光的照射,分解成了氧和氢这一结果。并且发现在这种水的分解过程中,氧化钛本身不会被溶解。即使持续照射数日,也看不到其表面特征的变化。此特性与植物的光合作用很相似。

    此发现被命名为【本多藤岛效果】,发表于全世界,对世界各国的科学者产生了巨大的影响。之后未见有任何超过氧化钛半导体光触媒效果的报告。半导体光触媒的发现者为藤岛昭〈现为:东京大学大学院工学系研究教授,工学博士〉,是我国的研究者,由此日本可说是光触媒的先进国家。
  
   现在来说说光触媒二氧化钛的另一主角 ─ 「光」。
  
   二氧化钛作为光触媒产生作用时,必须有紫外线。紫外线包含在太阳光或室内的荧光中,不需要特别的能量,是存在于一般生活空间的清洁能量。藤岛教授在光触媒实验中使用的二氧化钛是金红石型结晶构造的。而现在,能起到更高效率的锐钛矿型成为主流。二氧化钛是通过电子导电,属于n型的半导体。二氧化钛如果碰上超过一定能量的紫外线,成分中的价电子被激发后,会变成较高水平的传导的电子。此状态即为半导体的光激发状态。价电子带与传导带之间的能量差,被称为禁带宽度。锐钛矿型二氧化钛的禁带宽度为3.2eV。
  
   光的能源(eV) = 普朗克常数 x 光速 / 波长(nm) = 1240 / 被长(nm)
 
   按上述计算式将光的波长换算后,能得出387.5(nm)这一数值。而为了使锐钛矿型二氧化钛成光激发状态,需要388nm波长的紫外线。如果电子在传导带上被光激发,价电子带中会产生电子穿过的空穴。穿过的电子与空穴能导致『光触媒反应』。
    

    ARC-FLASH光触媒的最大特点:1.在可见光情况下也可发挥作用,摆脱了对紫外线的依赖;2.有效地解决了二氧化钛的附着物的粘合问题。

  在二氧化钛的表面发生氧化还原

  经ARC-FLASH光触媒加工后的表面,氧化还原反应反复进行。在环境净化中使用二氧化钛时,周围存在空气。空气中必有氧气和水,而氧气和水积极参与了反应结构。

  ARC-FLASH光触媒反应是因光线照射二氧化钛后引起的。它又被称为光固体表面反应、光固体界面反应。
二氧化钛吸收光线后,氧化钛内部生成电子与电洞,扩散到表面的电子与电洞能参与ARC-FLASH光触媒反应,因此如能在表面获得较多的电子与电洞,就能更进一步提高反应的效果。

    形成的电洞,有强力氧化能力,与附在二氧化钛表面的水起氧化反应后,生成氢氧自由基。见以下公式。

    氢氧自由基拥有很高的氧化能力,能与有机化合物起氧化反应,在有氧气的情况下,以上公式的反应过程为:有机化合物中间体的原子团与氧气分子产生原子团连锁反应,氧气被耗费,最终有机化合物被分解,变成二氧化碳和水。
  
   另一方面,电子则与附在表面的氧气起还原反应后,生成超氧化物负离子。

    超氧化物负离子附于氧化反应的中间体形成氧化物,或通过二氧化氢变成水。另外在空气中,还生成,直接促进有机物的炭结合。

  导致细菌,臭气产生的物质为有机物。有机物一般比水容易氧化,当有机物的浓度变高时,电洞在有机化合物的氧化反应中被使用的机会就更高,相反电洞与电子这一对同甘共苦的伙伴再结合的比率却减少。像这样,在电洞被充分利用的条件下,还原过程中,电子容易移向氧分子,从而促进ARC-FLASH光触媒的效率。

 

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