二氧化钛光催化分解甲醛原理.doc

1、纳米二氧化钛光催化分解甲醛原理1. 光催化剂的发现历史自从 1972 年 Fujishima2发现 TiO2 在受到紫外光照射时可以将水和 Honda氧化还原生成氢，光催化材料就引起了科研人员的关注。而1976 年 Carey 等3将 TiO2 的光催化作用应用于水中多氯联苯化合物脱氯去毒并取得了成功，从此TiO2 作为一种去除有机物的一种有效方法应用到了水和空气的清洁净化领域。1985 年，日本科学家 Tadashi Matsunaga 等4 第一个发现了 TiO2 在紫外光下有杀菌作用。近年来科学家们又对 TiO2 进行了深入的研究，并取得了很大的进步。但是以前的研究多数是用溶胶凝胶负载在

2、基材上， 这样的负载量有限， 所以对空气的净化的速率较慢。如何能够快速、便捷、安全、有效的除去室内的各种污染物及病菌成为一个亟待解决的问题。纳米TiO2 良好的光催化性能使它成为了解决这一问的热点研究方向。纳米TiO2 以其催化活性高、化学稳定性好、使用安全，2. 纳米 TiO2 光催化机理纳米 TiO2 是一种 n 型半导体氧化物，其光催化原理可以用半导体的能带理论来解释 5 。由于 TiO2 纳米粒子的粒径在1100 nm，所以其电子的Fermi 能级是分立的，而不是像金属导体中的能级是连续的，在纳米TiO2 半导体氧化物的原子或分子轨道中具有一个空的能量区域，它介于导带与价带之间， 称为

3、禁带 6 ，其宽度为 3.2 eV，当纳米 TiO2 接受波长为 387.5 nm以下的光线照射时，其内部价带的电子由于吸收光子跃迁到导带，从而产生空穴- 电子对，即光生载流子，然后迅速迁移到其表面并激活被吸附的O2 和 H2 O，产生高活性羟基自由基( OH)-7和超氧离子自由基 ( O2 )，当污染物以及细菌吸附其表面时， 会发生两个步骤：子和正的空穴。（2）在受光照射而产生的电子- 空穴中，电子消耗于空气中氧的还原，空穴则将吸附物质氧化，分解这些吸附物质的作用。如下图1：导带 387.5nm光禁带O2O2-价带有机物R+(空穴 )图 1 TiO 2 的光催化机理e -h +TiO2+ h

4、v e- + h+.(1)- OH O 2O + e-.(2)O22H2O + h +OH + H+.(3) O2-H2O2O-+ H+HO.(4)22HO2+HO2H 2O2+O2.(5)O2- +HO2HO 2- +O2.(6)HO2-+ H+H2O2.(7)OH O2-H2O2:HO + e-.(8)OH + OH22H2O2-+ O2OH + OH+ O2. (9)H2O2+ hv2OH.(10)HO-.(11)O +2H222TiO-2 OH O25-9402.8MJ/molCCC H C N CO NH OH O2-CO2 H2O5 9TiO2TiO2和细胞直接作用。即光致电子和空穴直接和细胞壁、细胞膜或细胞的组成成分发生化学反应，具有非常强的氧化能力的光生空穴，直接氧化细胞壁、细胞膜、和细胞内的组成成分，而导致细胞死亡。另一种是光激发的TiO2 与细胞的间接反应。即光致电子或空穴与水或水中