光催化效應(yīng)與自清潔玻璃
環(huán)保與能源是目前全世界最關(guān)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(jī)物,以凈化空氣,且催化空氣中的氧氣使之變?yōu)樨?fù)氧離子,從而使空氣變得清新,同時(shí)能殺滅玻璃表面的細(xì)菌和空氣中的細(xì)菌。清潔玻璃解決了玻璃清潔所帶來的環(huán)境污染和水源浪費(fèi)。
??? 半導(dǎo)體光催化劑大多是n型半導(dǎo)體材料(目前以TiO2使用最廣泛),即在價(jià)帶(ValenceBand,VB)和導(dǎo)帶(ConductionBand,CB)之間存在一個(gè)禁帶(ForbiddenBand,BandGap) ,由于半導(dǎo)體的光吸收閾值與帶隙具有K=1240/Eg(eV)的關(guān)系,因此常用的寬帶隙半導(dǎo)體的吸收波長閾值大都在紫外區(qū)域。當(dāng)光子能量高于半導(dǎo)體吸收閾值的光照射半導(dǎo)體時(shí),半導(dǎo)體的價(jià)帶電子發(fā)生帶間躍遷,即從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶,從而產(chǎn)生光生電子(e-)和空穴(h+)。此時(shí)吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負(fù)離子,而空穴將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(fù)離子和氫氧自由基具有很強(qiáng)的氧化性,能將絕大多數(shù)的有機(jī)物氧化至最終產(chǎn)物CO2和H2O,甚至對一些無機(jī)物也能徹底分解。
在現(xiàn)在生活中,我們在許多地方都利用了二氧化鈦的p光催化效應(yīng)。所謂光催化效應(yīng),是指二氧化鈦能夠利用光照能量來加速化學(xué)反應(yīng)的那種催化作用。在我們的日常生活中常見的利用二氧化鈦的光催化作用的地方,例如有裝修廁所和房屋墻壁所使用的涂料等。
??? 加入涂料(或瓷釉)中的二氧化鈦在受到光線(紫外線)照射時(shí),將能夠通過兩種不同的作用來達(dá)到消毒除臭的效果。一種是光催化作用,二氧化鈦在受到光線照射時(shí)會加速污物和細(xì)菌的分解;另一種是親水乳化作用,使原來的疏水物質(zhì)變?yōu)椴慌懦馑?。使用添有二氧化鈦的涂料裝修廁所,就是利用這兩種作用來將污物分解,從而達(dá)到殺菌除臭的目的。
二氧化鈦受到光線(紫外線)的照射,將從表面飛出電子(-),同時(shí)生成可氧化性很強(qiáng)的空穴(+)。電子和空穴分別將空氣中的氧氣和水反應(yīng),在二氧化鈦表面生成O和OH-(羥基)。兩者都具有非常強(qiáng)的分解能力,能夠?qū)⒈砻娴奈畚锓纸?。有機(jī)物被分解以后,變成二氧化碳和水。
另一方面,二氧化鈦中的氧原子接觸到空氣和水,使水失去氫原子而在二氧化鈦表面形成一層很容易吸附誰的羥基(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(qiáng)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(qiáng)度,如采用紫外照度計(jì)、紫外輻照計(jì)等測試。同時(shí)二氧化鈦涂層對玻璃的透光率會產(chǎn)生影響,如何提高透光率,確保照明度是一個(gè)重要課題,涂層對透光率的影響,可以使用透光率儀進(jìn)行檢測。
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