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TiO2光触媒之起源

l       1972年由A. Fujishima及其指导教授K. Honda发表于Nature杂志中,其发现TiO2半导体在光照下会出现和植物光和作用类似之反应。

l       其先是应用于光能之转换储存,最后于环境触媒中发扬光大,成为现今最热门之环境科技话题之一。 

l       日本在此方面一直居于领先之地位。

TiO2光触媒之基本原理-光能转换

n       Solar Energy Conversion

1. 光照激发TiO2,形成电子(e-)电洞(h+)对:

TiO2+2hvà2e-+2h+

2. 电洞与H2O反应(TiO2电极端)

H2O+2h+à1/2 O2+2H+

3. 电子与H+反应(Pt电极端)

2H++2e-àH2

4. 全反应式

H2O+2hvà1/2 O2+H2

TiO2光触媒之基本原理-光能转换

n       Solar Energy Conversion

1. 光照激发TiO2,形成电子(e-)电洞(h+)对:

TiO2+2hvà2e-+2h+

2. 电洞与H2O反应(TiO2电极端)

H2O+2h+à1/2 O2+2H+

3. 电子与H+反应(Pt电极端)

2H++2e-àH2

4. 全反应式

H2O+2hvà1/2 O2+H2

环保光触媒原理

l       触媒经照光后被激发形成之电子电洞对,将附近分子(H2O、O2)游离形成正、负离子或自由基(OH-、OH*…)。

  TiO2+hvàh++e-

OH-+h+àOH*      O2ads+e-àO2-ads

l       污染物质遇上氢氧自由基即被分解,形成中间产物,或是无害的水及二氧化碳,因此可以达到除污及灭菌的目标。

   OH* + pollutant + O2àproducts (CO2, H2O,...)

环保光触媒NOx 去除

n       利用TiO2光触媒将NOx氧化形成HNO3,或是还原形成N2与O2。

n       HNO3尚须与其它碱性物种(如NH3)反应方能形成稳定之物质,因此应用该方法做为都会区污染控制将被限制。

n       还原反应之光触媒(须添加其它物质如沸石)在都会污染控制较有可为,其可以涂覆在物质表面,降低汽机车所产生之空气污染

环保光触媒除臭、除有机物

n       光触媒已经被证实可以去除多种具臭味之有机物质。

n       其中包括室内外常见之空气污染物如甲醛、甲苯、三氯乙稀、苯等。

n       光照强度、停留时间与照光时间为影响光触媒效率之关键因子之一。其触媒反应所需之停留时间约需数秒至数十秒,照光时间则通常需数十分钟后,其去除效率才会逐渐增加。

杀菌消毒

n       光触媒亦证实具有杀菌之效果。

n       环保光触媒典型之测试方法:

    将含病菌(如大肠杆菌)之溶液置于玻片上,施以适度之光照。

n       有文献指出经一小时光照后可以将大肠杆菌杀光,若隔着PTFE薄膜(50μm厚,0.4 μm孔隙),则4小时后可以杀光细菌。

n       显示其仍须足够之光照(最好是紫外光)及光照时间。

除污、除雾

n       光触媒可以涂覆于固体表面(如磁砖、墙壁、玻璃、马桶、浴盆等),其会将沈积于其上之污染物质自动分解。

n       光触媒亦有除雾之功效,因此可以应用于汽车玻璃及浴室镜面上。

环保光触媒光触媒除雾之原理

l       光触媒与SiO2混合制造时,在光照下会产生超亲水性现象:

 1. TiO(IV)àTi(III)

 2. h++O2-àO2,形成氧缺位(oxygen vacancy)

 3. H2O占据氧缺位,OH-被吸附

 4. 形成超亲水性特质

l       光照越久,超亲水性越强(接触角à0°)

环保光触媒接触角(Contact Angle)

n       物质与水滴之接触角越大,疏水性越高(莲花效应之自净原理)。

n       物质与水滴之接触角越小,亲水性越高,因此光触媒可以仅利用水即达到除污功效,并可除雾。