二氧化鈦光催化分解甲醛原理

1、納米二氧化鈦光催化分解甲醛原理1.光催化劑的發(fā)現(xiàn)歷史自從1972年Fujishima和Honda2發(fā)現(xiàn)TiO2在受到紫外光照射時可以將水氧化還原生成氫，光催化材料就引起了科研人員的關(guān)注。而1976年Carey等將TiO2的光催化作用應(yīng)用于水中多氯聯(lián)苯化合物脫氯去毒并取得了成功，從此TiO2作為一種去除有機物的一種有效方法應(yīng)用到了水和空氣的清潔凈化領(lǐng)域。1985年，日本科學(xué)家TadashiMatsunaga等第一個發(fā)現(xiàn)了TiO2在紫外光下有殺菌作用。近年來科學(xué)家們又對TiO2進行了深入的研究，并取得了很大的進步。但是以前的研究多數(shù)是用溶膠凝膠負載在基材上，這樣的負載量有限，所以對空氣的凈化的速率

2、較慢。如何能夠快速、便捷、安全、有效的除去室內(nèi)的各種污染物及病菌成為一個亟待解決的問題。納米TiO2良好的光催化性能使它成為了解決這一問的熱點研究方向。納米TiO2以其催化活性高、化學(xué)穩(wěn)定性好、使用安全，2.納米TiO2光催化機理納米TiO2是一種n型半導(dǎo)體氧化物，其光催化原理可以用半導(dǎo)體的能帶理論來解釋。由于TiO2納米粒子的粒徑在1100nm，所以其電子的Fermi能級是分立的，而不是像金屬導(dǎo)體中的能級是連續(xù)的，在納米TiO2半導(dǎo)體氧化物的原子或分子軌道中具有一個空的能量區(qū)域，它介于導(dǎo)帶與價帶之間，稱為禁帶6,其寬度為3.2eV，當(dāng)納米TiO2接受波長為387.5nm以下的光線照射時，其內(nèi)

3、部價帶的電子由于吸收光子躍遷到導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生空穴-電子對，即光生載流子，然后迅速遷移到其表面并激活被吸附的O2和h2o,產(chǎn)生高活性羥基自由基(OH)和超氧離子自由基(02-)，當(dāng)污染物以及細菌吸附其表面時，會發(fā)生兩個步驟：(1) 吸收相波長為387.5nm以下的光能，使表面發(fā)生光激發(fā)而產(chǎn)生光致電子和正的空穴。(2) 在受光照射而產(chǎn)生的電子-空穴中，電子消耗于空氣中氧的還原，空穴則將吸附物質(zhì)氧化，分解這些吸附物質(zhì)的作用。如下圖1：導(dǎo)帶圖1TiO2的光催化機理具體的反應(yīng)方程式為：光致電子（e-）和空穴（h+）的形成TiO2+hve-+h+羥基自由基（0H）和超氧離子自由基（02-）的生成。2+e-

4、（2）H2O+h+OH+H+(3)由o2-形成h2oO2-+H+HO2(4)HO2+HO2H2O2+O2(5)O2-+現(xiàn)*HO2-+O2(6)HO2-+H+>H2O2(7)OH和O2-也可以通過H2O2形成:H2O2+e->OH+OH-(8)H2O2+O2->OH+OH-+O2(9)H2O2+hv>2OH(10)H2O2O2-+2H(11)上述反應(yīng)在TiO2表面生成的羥基自由基（OH）和超氧離子自由基（02-）具有很強的氧化能力5-9,其中羥基自由基的反應(yīng)能為402.8MJ/mol,足以破壞有機物中的CC、CH、CN、C0、NH等鍵，使有機污染物質(zhì)在0H和02-作用下被完全氧化至C02、H2O5。所以能夠有效地去除室內(nèi)主要污染物如烴類、苯、甲醛、硫化物、氨等，并有除臭、殺菌的功能，反應(yīng)生成的物質(zhì)無害9。納米TiO2光催化殺滅微生物細胞有兩種生化機理：一種是被紫外光激發(fā)的TiO2和細胞直接作用。即光致電子和空穴直接和細胞壁、細胞膜或細胞的組成成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，具有非常強的氧化能力的光生空穴，直接氧化細胞壁、細胞膜、和細胞內(nèi)的組成成分，而導(dǎo)致細胞死亡。另一種是光激發(fā)的TiO2與細胞的間接反應(yīng)。即光致