【二氧化钛光催化】二氧化钛光催化原理 杀菌机理 优点介绍

二氧化钛作为一种光催化剂，因其化学性质稳定、氧化-还原性强、抗腐蚀、无毒及成本低等特点，成为了众多半导体光催化材料中最广泛使用的品种。二氧化钛属于n型半导体，具有锐钛矿、金红石和板钛矿三种晶型，其中金红石是相对最稳定的晶型，锐钛矿则因其带隙宽度较大，光生电子和空穴不易在表面复合，具有更高的光催化活性，能直接利用太阳光中的紫外光进行光催化降解，无二次污染，因此是处理环境污染方面问题的光催化材料。

二氧化钛光催化反应机理包括七个步骤。当光子照射到二氧化钛上时，电子由价带激发到导带，形成高活性电子和空穴。溶解氧和水与电子及空穴相互作用，最终产生高活性的羟基。这些自由基具有强氧化性，能将吸附在TiO2表面的有机污染物降解为CO2和H2O，将无机污染物氧化或还原为无害物。

纳米二氧化钛光催化灭菌作用强烈，从细菌细胞壁开始，其产生的自由基能破坏细胞壁结构，使细胞壁断裂、破损，质膜解体，进而进入胞体内部破坏内膜和细胞组分，导致细胞质凝聚，出现菌体空化现象。纳米TiO2的抑菌机理在于光催化作用下，禁带上的电子跃迁至导带，在表面形成高活性电子-空穴对，进一步形成·OH、·O2、·OOH自由基，通过一系列物理化学作用破坏细菌细胞，杀灭细菌。

TiO2光催化剂的优点包括：将太阳能转化为化学能加以利用；降解速度快，光激发空穴产生的·OH是强氧化自由基，能在较短时间内成功分解包括难降解有机物在内的大多数有机物；降解无选择性，几乎能降解任何有机污染物；降解范围广，几乎对所有的污水都可以采用；具有高稳定性、耐光腐蚀、无毒等特点，并且在处理过程中不产生二次污染；有机污染物能被氧化降解为CO2和H2O，并且对人体无毒；反应条件温和，投资少，能耗低；反应设备简单，易于操作控制，光催化反应具有稳定性，一般情况下，负载TiO2光催化剂能多次使用，不影响反应效果，催化作用持久长效；TiO2能有效地将废水中的有机物、无机物氧化或还原为CO2、PO43-、SO42-、NO3-、卤素离子等无机小分子，达到完全无机化的目的；染料废水、农药废水、表面活性剂、氯代物、氟里昂、含油废水等都可以被TiO2催化降解；而且TiO2具有杀菌效果，这种特性几乎是无选择性的，包括各种细菌和病毒。

纯粹的TiO2需要紫外线的协助，且作用缓慢，所以作为器材消毒并不被认可，而随着TiO2-NCP对可见光利用的量子效应的增大，作为器皿表面“自清洁”的能力，引起了人们的极大兴趣。

“自清洁”医疗器材的特点包括：只要有可见光存在，就能产生作用；光触媒本身并不随时间延长而消耗，使用寿命持久；零废物，光触媒在杀灭微生物的同时还消除了微生物的次级代谢产物。

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