什么是納米光觸媒？
懸賞分：20|
光觸媒，是一個(gè)外來(lái)詞，起源于日本，由于日本文字寫(xiě)成“光觸媒”，所以中國(guó)人就直接把她命名為“光觸媒”。其實(shí)日文“光觸媒”翻譯成中文應(yīng)該叫“光催化劑”翻譯成英文叫“photo catalyst”。顧名思義其為接受光的能量后能產(chǎn)生催化效能的一種物質(zhì)，其主要成分是納米二氧化鈦。
納米二氧化鈦是一種半導(dǎo)體，按晶型分類有：銳鈦礦（Anatase）、金紅石（Rutile）及板鈦礦（Brookite）三種結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其中銳鈦礦結(jié)構(gòu)具有光催化（光觸媒）特性。是一種具有極強(qiáng)氧化能力的半導(dǎo)體活性材料，是新一代嶄新納米科技的結(jié)晶，以納米級(jí)的二氧化鈦（TiO2）為主要成份的光催化劑（光觸媒）。它具有極強(qiáng)的抗菌、除臭、自潔、防霉、防銹、防老化、分解毒氣、城市降溫等功能，能從根本上解決室內(nèi)空氣污染，效果顯著而且對(duì)人體絕對(duì)安全。被譽(yù)為本世紀(jì)治理室內(nèi)環(huán)境污染最理想材料。同時(shí)也是工業(yè)上生產(chǎn)抗菌、防霉、自潔等功能產(chǎn)品的原料。
光催化劑的選擇
研究發(fā)現(xiàn)：一些金屬氧化物或硫化物半導(dǎo)體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應(yīng)的半導(dǎo)體材料。同時(shí)，表中列出了它們的價(jià)帶(VB) 、導(dǎo)帶(CB) 、帶隙能以及躍遷所需入射光最大波長(zhǎng)。
表1 水溶液pH = 1 時(shí),若干半導(dǎo)體光催化劑的能位數(shù)據(jù)表
Table 1 Band position of some semiconductor photo catalyst in aqueous solution at pH = 1
半導(dǎo)體 價(jià)帶(V) 導(dǎo)帶(V) 能隙(eV) 最大吸收波長(zhǎng)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
根據(jù)Plank 方程:λ= hc/ E (1)其中，λ為入射光波長(zhǎng)，h 為Plank 常數(shù)，即6. 63 ×10 - 34J •S；c為光波速度；E為能隙。電子要從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶,則輻射光波波長(zhǎng)必須等于或小于式(1) 所計(jì)算的波長(zhǎng)。從表1 可以看出：TiO2 的價(jià)帶和導(dǎo)帶分別為+ 3. 1V 和- 0. 1V ，能隙為3. 2eV。代入式(1) 中得到λ為388nm。這個(gè)值接近紫外光波長(zhǎng)(387nm) 。因此,在紫外光的照射下, TiO2 外層電子可發(fā)生電子躍遷,即從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶,此外, TiO2 還具有很好的耐腐蝕,耐老化性能,而且原料易得。雖然ZnO 的能隙也是3.2eV ,但它容易被酸所腐蝕從而限制了其應(yīng)用〔2〕。其他的半導(dǎo)體材料(如:CdS) 吸收光譜能力較強(qiáng)。但是,由于這些材料容易與其他物質(zhì)反應(yīng)而不利于回收再利用。因此,目前納米TiO2 是人們公認(rèn)的最好的光催化劑材料。納米TiO2具有板鈦礦、銳鈦礦和金紅石三種晶型。其中,銳鈦礦和金紅石已被廣泛用于日用陶瓷,涂料等日常生活領(lǐng)域。銳鈦礦和金紅石的能隙分別為3. 2eV 和3. 0eV ,且前者沒(méi)有后者穩(wěn)定,當(dāng)溫度高于600 ℃時(shí),銳鈦礦會(huì)轉(zhuǎn)化為金紅石。
納米二氧化鈦是一種半導(dǎo)體，按晶型分類有：銳鈦礦（Anatase）、金紅石（Rutile）及板鈦礦（Brookite）三種結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其中銳鈦礦結(jié)構(gòu)具有光催化（光觸媒）特性。是一種具有極強(qiáng)氧化能力的半導(dǎo)體活性材料，是新一代嶄新納米科技的結(jié)晶，以納米級(jí)的二氧化鈦（TiO2）為主要成份的光催化劑（光觸媒）。它具有極強(qiáng)的抗菌、除臭、自潔、防霉、防銹、防老化、分解毒氣、城市降溫等功能，能從根本上解決室內(nèi)空氣污染，效果顯著而且對(duì)人體絕對(duì)安全。被譽(yù)為本世紀(jì)治理室內(nèi)環(huán)境污染最理想材料。同時(shí)也是工業(yè)上生產(chǎn)抗菌、防霉、自潔等功能產(chǎn)品的原料。
光催化劑的選擇
研究發(fā)現(xiàn)：一些金屬氧化物或硫化物半導(dǎo)體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應(yīng)的半導(dǎo)體材料。同時(shí)，表中列出了它們的價(jià)帶(VB) 、導(dǎo)帶(CB) 、帶隙能以及躍遷所需入射光最大波長(zhǎng)。
表1 水溶液pH = 1 時(shí),若干半導(dǎo)體光催化劑的能位數(shù)據(jù)表
Table 1 Band position of some semiconductor photo catalyst in aqueous solution at pH = 1
半導(dǎo)體 價(jià)帶(V) 導(dǎo)帶(V) 能隙(eV) 最大吸收波長(zhǎng)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
根據(jù)Plank 方程:λ= hc/ E (1)其中，λ為入射光波長(zhǎng)，h 為Plank 常數(shù)，即6. 63 ×10 - 34J •S；c為光波速度；E為能隙。電子要從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶,則輻射光波波長(zhǎng)必須等于或小于式(1) 所計(jì)算的波長(zhǎng)。從表1 可以看出：TiO2 的價(jià)帶和導(dǎo)帶分別為+ 3. 1V 和- 0. 1V ，能隙為3. 2eV。代入式(1) 中得到λ為388nm。這個(gè)值接近紫外光波長(zhǎng)(387nm) 。因此,在紫外光的照射下, TiO2 外層電子可發(fā)生電子躍遷,即從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶,此外, TiO2 還具有很好的耐腐蝕,耐老化性能,而且原料易得。雖然ZnO 的能隙也是3.2eV ,但它容易被酸所腐蝕從而限制了其應(yīng)用〔2〕。其他的半導(dǎo)體材料(如:CdS) 吸收光譜能力較強(qiáng)。但是,由于這些材料容易與其他物質(zhì)反應(yīng)而不利于回收再利用。因此,目前納米TiO2 是人們公認(rèn)的最好的光催化劑材料。納米TiO2具有板鈦礦、銳鈦礦和金紅石三種晶型。其中,銳鈦礦和金紅石已被廣泛用于日用陶瓷,涂料等日常生活領(lǐng)域。銳鈦礦和金紅石的能隙分別為3. 2eV 和3. 0eV ,且前者沒(méi)有后者穩(wěn)定,當(dāng)溫度高于600 ℃時(shí),銳鈦礦會(huì)轉(zhuǎn)化為金紅石。
好
不好其 他 回 答共3條
1樓
光觸媒有很多種，而納米二氧化鈦也也是如此，唯有選取二氧化鈦小于20nm的銳鈦型和金紅石型，將它們按一定比例，以特殊工藝混合，具有銳鈦型和金紅石型兩種晶型結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品對(duì)甲醛具有較高的光催化活性。其原理是將它們改變?yōu)榛炀ЫY(jié)構(gòu)，使得其粒子尺寸較小，比表面積較大。
通常認(rèn)為，銳鈦型比金紅石型的光催化活性高。其原因：一是銳鈦型的二氧化鈦Fermi能級(jí)比金紅石型高0.1Ev,因此羥基化程度較高，二是銳鈦型二氧化鈦具有較寬的能帶結(jié)構(gòu)及較高的電子遷移效率。經(jīng)特殊工藝混合后的二氧化鈦許多粒子的表面被一層金紅石所覆蓋，因此，在二氧化鈦上進(jìn)行的光催化反映實(shí)際上大部分是發(fā)生在金紅石表面。金紅石是活性相或活性位，它起著與其他過(guò)渡金屬氧化物相類似的作用。
為提高產(chǎn)品的光催化效率和對(duì)太陽(yáng)能的利用率，科研人員利用特殊工藝在二氧化鈦中加入微量的金屬離子和陰離子。當(dāng)有微量雜質(zhì)摻入晶體時(shí)，可形成雜質(zhì)置換缺陷，這些缺陷的存在有助于改善二氧化鈦的光吸收，提高穩(wěn)態(tài)光降解量子效率及光催化效能。
摻雜粒子提高二氧化鈦的光催化效率的機(jī)制可概括為以下幾方面：
①摻雜可以形成捕獲中心。價(jià)態(tài)高于四價(jià)鈦的金屬離子捕獲電子，低于四價(jià)鈦的金屬離子捕獲空穴，一直e-/h+復(fù)合。
②摻雜可以形成摻雜能級(jí)，是能量較小的光子能激發(fā)摻雜能級(jí)上捕獲的電子和空穴，提高光子的利用率。
③摻雜可以導(dǎo)致載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度增大，從而延長(zhǎng)了電子和空穴的壽命，抑制復(fù)合。
④摻雜可以造成晶格缺陷，有利于形成更多的Ti3+氧化中心。
采取上述措施后，徹底改變了傳統(tǒng)光觸媒效率低、見(jiàn)效慢等缺陷。提高光利用率和光催化效率8-10倍，可吸收太陽(yáng)能波長(zhǎng)提高至400nm以上的可見(jiàn)光區(qū)域，催化效率提高近20倍。
哈貝利新一代光觸媒具有世界領(lǐng)先水平，具有劃時(shí)代意義。使用哈貝利光觸媒治理后的新車、新房，能快速分解甲醛、苯等有害物質(zhì)，并能去除新車、新房異味。經(jīng)中國(guó)室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心、上海市環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)總站檢測(cè)，甲醛祛除率（24小時(shí)內(nèi)）達(dá)到93%以上。徹底改變了過(guò)去光觸媒治理室內(nèi)（車內(nèi)）污染功效差，基本無(wú)效果的狀況，為治理室內(nèi)污染開(kāi)辟了一條新路。
通常認(rèn)為，銳鈦型比金紅石型的光催化活性高。其原因：一是銳鈦型的二氧化鈦Fermi能級(jí)比金紅石型高0.1Ev,因此羥基化程度較高，二是銳鈦型二氧化鈦具有較寬的能帶結(jié)構(gòu)及較高的電子遷移效率。經(jīng)特殊工藝混合后的二氧化鈦許多粒子的表面被一層金紅石所覆蓋，因此，在二氧化鈦上進(jìn)行的光催化反映實(shí)際上大部分是發(fā)生在金紅石表面。金紅石是活性相或活性位，它起著與其他過(guò)渡金屬氧化物相類似的作用。
為提高產(chǎn)品的光催化效率和對(duì)太陽(yáng)能的利用率，科研人員利用特殊工藝在二氧化鈦中加入微量的金屬離子和陰離子。當(dāng)有微量雜質(zhì)摻入晶體時(shí)，可形成雜質(zhì)置換缺陷，這些缺陷的存在有助于改善二氧化鈦的光吸收，提高穩(wěn)態(tài)光降解量子效率及光催化效能。
摻雜粒子提高二氧化鈦的光催化效率的機(jī)制可概括為以下幾方面：
①摻雜可以形成捕獲中心。價(jià)態(tài)高于四價(jià)鈦的金屬離子捕獲電子，低于四價(jià)鈦的金屬離子捕獲空穴，一直e-/h+復(fù)合。
②摻雜可以形成摻雜能級(jí)，是能量較小的光子能激發(fā)摻雜能級(jí)上捕獲的電子和空穴，提高光子的利用率。
③摻雜可以導(dǎo)致載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度增大，從而延長(zhǎng)了電子和空穴的壽命，抑制復(fù)合。
④摻雜可以造成晶格缺陷，有利于形成更多的Ti3+氧化中心。
采取上述措施后，徹底改變了傳統(tǒng)光觸媒效率低、見(jiàn)效慢等缺陷。提高光利用率和光催化效率8-10倍，可吸收太陽(yáng)能波長(zhǎng)提高至400nm以上的可見(jiàn)光區(qū)域，催化效率提高近20倍。
哈貝利新一代光觸媒具有世界領(lǐng)先水平，具有劃時(shí)代意義。使用哈貝利光觸媒治理后的新車、新房，能快速分解甲醛、苯等有害物質(zhì)，并能去除新車、新房異味。經(jīng)中國(guó)室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心、上海市環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)總站檢測(cè)，甲醛祛除率（24小時(shí)內(nèi)）達(dá)到93%以上。徹底改變了過(guò)去光觸媒治理室內(nèi)（車內(nèi)）污染功效差，基本無(wú)效果的狀況，為治理室內(nèi)污染開(kāi)辟了一條新路。
2樓
就是主要由納米級(jí)的二氧化鈦組成的光半導(dǎo)體材料，具有光催化性和強(qiáng)氧化性。是國(guó)際性和會(huì)上公認(rèn)的治理環(huán)境最好的材料。
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