一、二氧化鈦為什么是光催化材料？

在眾多半導體光催化材料中，TiO2以其化學性質穩(wěn)定、氧化-還原性強、抗腐蝕、無毒及成本低而成為目前最為廣泛使用的半導體光催化劑。

TiO2屬于一種n型半導體材料，它有三種晶型——銳鈦礦相、金紅石相和板鈦礦相，從熱力學角度看，金紅石是相對最穩(wěn)定的晶型，熔點為1870℃；而銳鈦礦是二氧化鈦的低溫相，一般在500℃~600℃時轉變?yōu)榻鸺t石。二氧化鈦晶型轉變的實質是晶胞結構組成單元八面體的結構重排。金紅石晶型結構中原子排列更加致密，密度、硬度、介電常數(shù)更高，對光的散射也更大。因此，金紅石是常用的白色涂料和防紫外線材料，對紫外線有非常強的屏蔽作用，在工業(yè)涂料和化妝品方面有著廣泛的應用。銳欽礦的帶隙寬度為稍大于金紅石的，光生電子和空穴不易在表面復合，因而具有更高的光催化活性能夠直接利用太陽光中的紫外光進行光催化降解，而且不會引起二次污染。因此，銳鈦礦是常用的處理環(huán)境污染方面問題的光催化材料。

二、二氧化鈦光催化原理

ZXL-001納米二氧化鈦光催化反應機理：

納米TiO2光催化降解機理共分為7個步驟來完成光催化的過程：

1、TiO2 hv→eˉ h

2、h H2O→OH H

3、eˉ O2→OOˉ

4、OOˉ H →OOH

5、2OOH→O2 H2O2

6、OOˉ eˉ 2H →H2O2

7、H2O2 eˉ→OH OHˉ

8、h OHˉ→OH

當一個具有hv能量大小的光子或者具有大于半導體禁帶寬度Eg的光子射入半導體時，一個電子由價帶(VB)激發(fā)到導帶(CB)，因而在導帶上產(chǎn)生一個高活性電子（eˉ)，在價帶上留下了一個空穴(h )，形成氧化還原體系。溶解氧及水和電子及空穴相互作用，最終產(chǎn)生高活性的羥基。OHˉ、O2ˉ、OOHˉ自由基具有強氧化性，能把大多數(shù)吸附在TiO2表面的有機污染物降解為CO2、H2O，把無機污染物氧化或還原為無害物。

三、二氧化鈦光催化殺菌機理

ZXL-001納米二氧化鈦具有很強的光催化殺菌作用。通過對納米TiO2光催化殺滅革蘭氏陰、陽性細菌的致死曲線進行對比、常規(guī)培養(yǎng)驗證和透射電鏡觀察得出結論：納米TiO2光催化滅菌首先是從細菌細胞壁開始，其產(chǎn)生的自由基能破壞細胞壁結構，使細胞壁斷裂、破損，質膜解體，然后進入胞體內部破壞內膜和細胞組分，使細胞質凝聚，導致細胞內容物溢出，可出現(xiàn)菌體空化現(xiàn)象。從而證實了納米TiO2的抑菌機理是在光催化作用下，納米TiO2禁帶上的電子由價帶躍遷到導帶，在表面形成高活性的電子-空穴對，并進一步形成·OHˉ、·O2ˉ、·OOHˉ通過一系列物理化學作用破壞細菌細胞，從而殺滅細菌。

四、TiO2光催化劑優(yōu)點有哪些？

1、把太陽能轉化為化學能加以利用。

2、降解速度快，光激發(fā)空穴產(chǎn)生的·OH是強氧化自由基，可以在較短的時間內成功的分解包括難降解有機物在內的大多數(shù)有機物。

3、降解無選擇性，幾乎能降解任何有機污染物。4.降解范圍廣，幾乎對所有的污水都可以采用。

4、具有高穩(wěn)定性、耐光腐蝕、無毒等特點，并且在處理過程中不產(chǎn)生二次污染；有機污染物能被氧化降解為CO2和H2O，并且其對人體無毒。

5、反應條件溫和，投資少，能耗低，用紫外光照射或暴露在太陽光下即可發(fā)生光催化化學反應。

6、反應設備簡單，易于操作控制。光催化反應具有穩(wěn)定性，一般情況下，負載TiO2光催化劑能多次使用，不影響反應效果，催化作用持久長效。

TiO2能有效的將廢水中的有機物、無機物氧化或還原為CO2、PO43-、SO42-、NO3-、鹵素離子等無機小分子，達到完全無機化的目的。染料廢水、農(nóng)藥廢水、表面活性劑、氯代物、氟里昂、含油廢水等都可以被TiO2催化降解。而且TiO2具有殺菌效果，這種特性幾乎是無選擇性的，包括各種細菌和病毒。

純粹的TiO2需要紫外線的協(xié)助，且作用緩慢，所以作為器材消毒并不被認可，而隨著TiO2-NCP對可見光利用的量子效應的增大，作為器皿表面“自清潔”的能力，引起人們的極大興致。

“自清潔”醫(yī)療器材的特點

①只要有可見光存在，就能產(chǎn)生作用。

②光觸媒本身并不隨時間延長而消耗,使用壽命持久。

③零廢物，光觸媒在殺滅微生物的同時還消除了微生物的次級代謝產(chǎn)物。