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光催化效應與自清潔玻璃

來源:林上科技   發布時間:2011/7/18 9:13:06  浏覽:

    環保與能源是目前全世界最關心的問題,自清潔玻璃能夠利用陽光、空氣、雨水,自動分解玻璃表面有機物,以淨化空氣,且催化空氣中的氧氣使之變為負氧離子,從而使空氣變得清新,同時能殺滅玻璃表面的細菌和空氣中的細菌。清潔玻璃解決了玻璃清潔所帶來的環境污染和水源浪費。
    半導體光催化劑大多是n型半導體材料(目前以TiO2使用最廣泛),即在價帶(ValenceBand,VB)和導帶(ConductionBand,CB)之間存在一個禁帶(ForbiddenBand,BandGap) ,由于半導體的光吸收阈值與帶隙具有K=1240/Eg(eV)的關系,因此常用的寬帶隙半導體的吸收波長阈值大都在紫外區域。當光子能量高于半導體吸收阈值的光照射半導體時,半導體的價帶電子發生帶間躍遷,即從價帶躍遷到導帶,從而産生光生電子(e-)和空穴(h+)。此時吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負離子,而空穴将吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成氫氧自由基。而超氧負離子和氫氧自由基具有很強的氧化性,能将絕大多數的有機物氧化至最終産物CO2和H2O,甚至對一些無機物也能徹底分解。

    在現在生活中,我們在許多地方都利用了二氧化钛的p光催化效應。所謂光催化效應,是指二氧化钛能夠利用光照能量來加速化學反應的那種催化作用。在我們的日常生活中常見的利用二氧化钛的光催化作用的地方,例如有裝修廁所和房屋牆壁所使用的塗料等。
    加入塗料(或瓷釉)中的二氧化钛在受到光線(紫外線)照射時,将能夠通過兩種不同的作用來達到消毒除臭的效果。一種是光催化作用,二氧化钛在受到光線照射時會加速污物和細菌的分解;另一種是親水乳化作用,使原來的疏水物質變為不排斥水。使用添有二氧化钛的塗料裝修廁所,就是利用這兩種作用來将污物分解,從而達到殺菌除臭的目的。

    二氧化钛受到光線(紫外線)的照射,将從表面飛出電子(-),同時生成可氧化性很強的空穴(+)。電子和空穴分别将空氣中的氧氣和水反應,在二氧化钛表面生成O和OH-(羟基)。兩者都具有非常強的分解能力,能夠将表面的污物分解。有機物被分解以後,變成二氧化碳和水。

    另一方面,二氧化钛中的氧原子接觸到空氣和水,使水失去氫原子而在二氧化钛表面形成一層很容易吸附誰的羟基(親水基)。因此,水很容易插入污物的下方而使其脫離表面,漂浮在水中。
    目前,光催化的光波段主要在紫外線,紫外線的強度直接影響光催化的效果,所以在光催化測試中首先測量紫外線的輻射強度,如采用紫外照度計、紫外輻照計等測試。同時二氧化钛塗層對玻璃的透光率會産生影響,如何提高透光率,确保照明度是一個重要課題,塗層對透光率的影響,可以使用透光率儀進行檢測。
  

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