認(rèn) 證：工商信息已核實
訪問量：1107522
上海矽諾國際貿(mào)易有限公司 2020-07-15 點擊1973次
1970年代，全球爆發(fā)了一次石油危機。1972年，日本科學(xué)家在英國Nature雜志上首先報道了用TiO2作為光催化劑分解水制備氫氣，該發(fā)現(xiàn)對于利用太陽能制備氫氣作為清潔能源有重大意義，所以論文一發(fā)表就立即得到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。接著，1977 年，科學(xué)家Bard 嘗試用TiO2 光催化劑把CN-氧化為OCN-，開創(chuàng)了用光催化劑降解污水中有機物的先河。這對于解決目前全球工業(yè)化發(fā)展中出現(xiàn)的日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題有積極意義。
1.1 納米TiO2的技術(shù)特點
半導(dǎo)體光催化的原理如下: 用光照射半導(dǎo)體，當(dāng)照射光光子的能量等于或高于半導(dǎo)體的帶隙能量時，半導(dǎo)體的價帶電子就可吸收光子的能量并躍遷到導(dǎo)帶，同時產(chǎn)生光生電子－空穴對，快速遷移到半導(dǎo)體表面的空穴和光生電子分別與吸附在半導(dǎo)體表面的氧分子和水分子作用，產(chǎn)生具有強氧化作用的活性氧和羥基，并與其接觸的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使有毒有害物質(zhì)降解，轉(zhuǎn)化為無毒無害物質(zhì)。半導(dǎo)體的禁帶寬度決定了光催化劑的激發(fā)波長。禁帶越寬，所需要的激發(fā)光光子能量越大，光波波長越短；反之，禁帶越窄，所需要的激發(fā)光波長越長。表1 為一些代表性半導(dǎo)體的禁帶寬度。
微米尺寸的TiO2對紫外光幾乎不吸收，而納米TiO2粒子對紫外光有強吸收作用，這與納米材料的表面效應(yīng)有關(guān)。納米TiO2粒子在紫外光照射下，價帶中的電子被激發(fā)，從價帶向?qū)кS遷，從而形成電子-空穴對。納米TiO2粒子禁帶寬度為3.0至3.2 eV，能隙較大，產(chǎn)生的光生電子和空穴的電勢電位較高，氧化還原性較強。另外，納米TiO2粒子在日光照射下化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，不會發(fā)生光腐蝕，并且耐酸堿性好，對生物組織無毒性。當(dāng)然，納米TiO2粒子也存在光量子效率偏低、易失活、難回收等不足。
納米TiO2的制備方法很多，常用的有物理法和化學(xué)法。一般來說，物理法的制備工藝過程簡單很多，例如高能球磨法和物理氣相冷凝法，但是物理法在制備過程中，存在原料物性相差較大、不易完全混合均勻等問題，制備的產(chǎn)品形貌、粒徑、性能等均勻性和一致性欠佳?；瘜W(xué)法主要包括化學(xué)氣相法(例如激光化學(xué)氣相沉積法)、液相法(例如溶膠-凝膠Sol-Gel法和水解沉淀法)、以及固相法(例如氧化還原法和熱解法)。跟物理法相比，采用化學(xué)法制備的納米TiO2粒子形貌結(jié)構(gòu)和性能更優(yōu)，能夠滿足要求，廣被采納。
納米TiO2的應(yīng)用經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前納米TiO2光催化技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了研究應(yīng)用，例如環(huán)境治理、衛(wèi)生保健、建筑材料等領(lǐng)域。
（1）凈化空氣領(lǐng)域。納米TiO2在紫外光催化作用下，能夠把家具、室內(nèi)裝飾材料等釋放出的有毒有害有機物徹底降解為二氧化碳、水和其他小分子，顯著降低甚至消除有毒有害物質(zhì)在空氣環(huán)境中的濃度，且不會產(chǎn)生二次污染[7]。據(jù)報道，日本宇部工業(yè)公司開發(fā)了一種表面性能超強的TiO2納米纖維，該納米纖維能在光催化作用下降解很多種有害污染物，例如甲醛、破壞臭氧層的物質(zhì)氯氟烴CFC等。此外，納米TiO2光催化劑還能把大氣中的硫化物、氮化物等污染氣體氧化成酸，然后通過降雨的方式從大氣中去除。
（2）凈化水體和土壤領(lǐng)域。對于水體和土壤中的有機酸類、雜環(huán)烴類、酚類、芳香族類等有機污染物，納米TiO2光催化劑也能夠有效脫色、去毒、降解成小分子物質(zhì)[8-10]。還能夠?qū)⒏邇r態(tài)的有毒重金屬離子通過氧化還原機理降低為低價態(tài)，從而顯著降低或消除有毒重金屬離子對環(huán)境的污染和危害。科學(xué)家目前已發(fā)現(xiàn)通過納米TiO2光催化劑，可以在紫外線照射下迅速降解3000多種難降解的有機物。除了對廢水中的有機污染物進(jìn)行光催化降解，納米TiO2 光催化劑還可以降解無機化合物。這些優(yōu)異的性能，使得納米TiO2光催化劑在多種工農(nóng)業(yè)廢水（例如印染廢水、造紙廢水、制藥廢水、農(nóng)藥廢水）的處理上都
取得了較好的催化降解效果[11,12]。
(3)抗菌保潔領(lǐng)域。納米TiO2在光照下產(chǎn)生的空穴和形成于表面的活性氧，可與細(xì)菌細(xì)胞或細(xì)胞內(nèi)的組成成分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使細(xì)菌頭單元失活而導(dǎo)致細(xì)胞死亡，從而起到抗菌殺菌作用。科學(xué)研究表明：納米TiO2不僅能將酵母菌、乳酸桿菌、大腸桿菌和葡萄球菌等病原微生物殺死，而且離子摻雜后的納米TiO2甚至在可見光下還能殺死環(huán)境中霉菌、病毒、甚至抗化學(xué)殺菌劑的隱孢子蟲和梨形鞭毛蟲[13]。日本在納米TiO2光催化抗菌材料的研發(fā)應(yīng)用起步較早，例如日本東陶等公司開發(fā)的光催化納米TiO2抗菌瓷磚和衛(wèi)生潔具等早已大量投放市場。
(4) 新能源領(lǐng)域。將納米TiO2用于能源催化材料是世界各國科學(xué)家研究的熱點之一，例如通過光催化制備氫氣，或許是
人類解決能源危機的一個好辦法。但是，目前存在的問題是制氫速率仍不高，約為100 μmol·g－1·h－1，各國科學(xué)家們一直在努力提高納米TiO2光催化分解水這一反應(yīng)的光量子效率。最近，西班牙Marta Iglesias 教授課題組制備了多孔聚合物/TiO2異質(zhì)
結(jié)用于光催化制氫，具有比單獨的納米TiO2 更強的光催化活性，更高的析氫速率，以及顯著的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性，制氫速
率值顯著提高到21000 μmol.g-1.h-1以上[14]。這標(biāo)志著納米TiO2光催化制氫獲得重大突破。