TiO2光触媒概论

TiO2光觸媒概論
一，何謂TiO2光觸媒
所謂TiO2光觸媒就是以TiO2微末粉附著於載體上，經紫外線照射後產生將光能轉換成化學能，使吸附在物質表面之污染物分子直接氧化使其分解。

二、在TiO2表面產生氧化還元反應
光催化處理程序之光分解機制是藉由紫外光或太陽光激發光觸媒，使觸媒產生電子以及電洞，藉以氧化表面吸附之物質，進而將表面吸附之物質裂化為小分子。

以二氧化鈦為例，二氧化鈦反應從照400nm之光波長開始反應(因為二氧化鈦之能階差約為3.1eV，而400nm之光波長大約可提供3.1eV之能量)，二氧化鈦吸收光能量產生電子(e-)及電洞(h+)，此電洞具有相當強之氧化力，可以直接將吸附在物質表面之污染物分子直接氧化使其分解，或者將吸附於物質表面之水分子氧化為氫氧自由基
(〄OH)。

三、以下為TiO2表面產生氧化還元反應步驟：
1.反應係在紫外線接觸到TiO2後開始產生。

2.在紫外線被TiO2吸收後、產生電子﹒(e-)及質子(h+)兩個載體。

在一般、此兩個載體會立即再結合，但是此時尚暫時殘存在TiO2光觸媒內。

載體內部之再結合比例、對光觸媒反應效率有甚大的影響。

3.TiO2之最大的特徵在於〃激發所產生之質子之氧化力比電子之還原力更強，在光觸媒之表面存在著稱之為「吸著水」之水分。

此水分被質子氧化後、會變成氧化方極高之氫氧遊離基(Hydroxy Radical.OH)。

然後、此氫氧遊離基會與有機化合物反應。

若有氧氣存在、則在此反應過程中所產生之有機化合物中間體之遊離基會與氧氣分子產生遊離基連鎖反應、而消耗氧氣、"有機物立即被分解、最後變成二氧化碳與水。

4.另一方面，對等之還元反應與空氣中之氧起還元作用。

因氧氣具有被容易還元之特性、因此有氧氣存在時、不產生氧氣而直接與氧氣進行還元反應。

氧氣被還元後會生成超級氧基陰離子(Super Oxide Arion
O2-)。

如此之SupperOxide Anion O2-、在過渡氧化反應中生成過氧化氫或生成之中間體過氧化氫立即轉換成水。

其他方面、亦在空氣中生成O2遊離基，然後直接與有機物之碳基-碳基(-C-C-)結合體作用。

5.通常、有機物比水容易氧化，因此有機物濃度高時、質子與有機化合物之氧化反應應機率極高，游離基載體內部相互間再結合機會之比例變小。

在如此之質子被充分消耗之條件下，電子往還元作用之氧分子方面移動過程使全系統之光觸媒反應產生規律化。

四、TiO2製作光觸媒所需要條件
觸媒反應係在TiO2表面引起之反應，因此、最好能利用提高表面效率之系統使紫外線能充分接觸。

為此、必需增大TiO2之比表面積以提高紫外線曝光率。

二氧化鈦的粒徑研磨到0.1μm以下(約為一般顏料鈦白枌的1/10)時，就可以降低光散亂能、提高透明性且能大幅提高紫外線吸收能。

因此在非常弱的光線下，光觸媒就能有效地進行反應，其中以black light ＊的300~400nm發光域最適於作氧化鈦的激勵光，白色螢光燈中可利用的380nm以下紫外線光量只有1/30，而紅色燈光則只有1/40而已，光觸媒在如此室內光度下所捕捉到的光量子就可以進行反應。

五、製作光觸媒產品所需要條件
1.需要以無機物質為TiO2載體，因為其會分解有機物質，故無法以一般有機物質作為載體使用。

2.其載體須對紫外光的吸收要小。

3.其載體對TiO2分散須能將其懸浮於外側，以達到TiO2直接能與須反應物質接觸。