奈米TiO2光触媒除污

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1、奈米TiO2光觸媒除污路竹高中戴嘉亨老師右：喂！你踩到屎了！左：有嗎？觸媒(catalyst)在生物中稱為酵素或酶(enzyme)在化學中稱為催化劑什麼是觸媒在一個反應中，反應物形成產物時需要克服一定的能量障礙，我們稱之為活化能活化能什麼是觸媒(續)若在此反應中加入「觸媒」的物質，可降低反應的活化能，加快反應的進行廣義的觸媒(觸媒的功力)一般定義：能加快或減緩反應速率之物質更廣義一點：能改變選擇率(主產物生成率對反應物消耗率之比值)能改變反應路徑生成不同的產物二氧化鈦礦石什麼是光觸媒(photocatalyst)在吸收光的能量後，能發揮觸媒特性之物質光合作用是典型的光觸媒例子CO2O2澱粉

2、H2O葉綠素本身不產生變化，是不折不扣的一種光觸媒防霧擋風玻璃、後視鏡光觸媒功能光清淨革命抗菌抗菌磁磚醫療光化學療法清淨空氣空氣清淨機、除臭材料TiO2光觸媒防污玻璃、油漆淨水淨水器光觸媒的反應機制傳導帶禁制帶(能隙)價電子帶光觸媒光觸媒的反應機制(續)傳導帶禁制帶(能隙)價電子帶紫外光+++電子進入了傳導帶後，變成自由電子可以自由移動，同時在原來價電子帶的地方產生電洞光觸媒的反應機制(續)--e-h+++電子和電洞會往材料表面移動及擴散光觸媒的反應機制(續)HO2˙-e-h++˙O2-還原反應氧化反應h+trapO2H+H2O+˙OHH+被表面捕捉的電洞光觸媒的反應機制(續)˙OH˙O2-

3、HO2˙光觸媒的反應機制(續)強氧化力強還原力強還原力可破壞有機化合物之C-C、C-H、C-N、C-O、H-O、N-H等鍵結進而分解成CO2、H2O超氧離子自由基過氧根自由基羥基自由基此部分有待進一步證實光觸媒一定要是奈米級嗎YESWHY奈米光觸媒(Nano-Photocatalyst)光觸媒為何要奈米化比表面積效應：5奈米的二氧化鈦與53奈米的粉體相較，比表面積大了約40倍有效電子與電洞產生量：當光觸媒粉體小至奈米級時，所產生的電子與電洞會迅速移動至粉體表面，與水及氧起反應產生自由基量子效應：當價電子帶氧化還原電位越正，而傳導帶氧化還原電位越負時，所產生的電子與電洞氧化還原能力強材料透明

4、度：因其高能隙且不吸收可見光的特性，分散在液體中將呈無色透明狀態(濃度高則非透明)材料加工性：光觸媒材料奈米化後，可穩定懸浮及分散於溶劑中，提高作業便利性2002年美國科學人雜誌（ScientificAmerican）指出，一般氧化鈦的結晶在20~250nm之間如此大的粒徑無法發揮效用氧化鈦粒徑必須要小到7nm以下才能產生效果因為在三維空間裡，粒徑愈小的粒子愈能夠緊密地排列，比表面積增大，反應便相對較為靈敏光觸媒粒徑要多小才有作用光觸媒材料須具有的特性不溶解、耐酸鹼反應中本身不變質不具毒性光觸媒需要什麼光紫外光(380nm以下)可見光紅外光(780nm以上)波長(nm)380780││││4

5、006008001000光的量太陽光光譜太陽光中有5%的光可催化光觸媒「光能」與觸發光觸媒關係光能量公式光能(電子伏特eV)=1240光波波長(nm)問題：如有一光觸媒需要4eV能量才能進行光化學反應，試求所需要的光波之波長為何解：12404波長=1240波長4=波長=310nm目前光觸媒材料有哪些其中二氧化鈦(TitaniumDioxide)因為具有強大的氧化-還原能力，並且不會產生光溶解其化學穩定度高及無毒的特性，使用最廣泛光觸媒的起源紫外光電阻氫氣電阻二氧化鈦電極白金電極氫氣氧氣水的二氧化鈦光分解電池白金電極白金電極氧氣氫氣水的電解＋－光觸媒產業之父1968年東京大學博士研究生藤嶋昭實

6、驗發現，放置氧化鈦的水經過光的照射後，會分解成了氧和氫這種水的分解過程中，氧化鈦本身不會被溶解，即使被持續照射數天表面也看不到任何變化，此發現在1972年發表此特性與植物的光合作用極為類似，此發現後來被命名為【本多‧藤嶋效應】(是東京大學藤嶋昭教授與其老師本多健一教授發現的現象)故藤嶋昭可說是光觸媒產業之父TiO2光觸媒天然二氧化鈦的結晶型態與用途金紅石銳鈦礦板鈦礦只為學術研究用白色塗料用光觸媒用TiO2光觸媒(續)二氧化鈦是目前最廣泛使用的奈米材料，優點有比表面積增加，接受光照射的機會將隨之提高避免電子與電洞結合，增加有效電子與電洞的產生，提高效率具高透光性，可使整層材料均勻受到光的刺激，

7、以利進行光觸媒反應提高加工作業的方便性，改善被加工成品的均勻性及穩定度鈦礦豐富，價格便宜TiO2與「奈米銀」相見歡摻銀的氧化鈦薄膜比純氧化鈦更平滑，亦即氧化鈦顆粒更小銀的摻雜不影響氧化鈦之晶型並提高光催化活性銀的摻雜增加光的吸收能力且產生紅移現象，從365nm移動到413nm，能隙由3.4eV下降到3.0eV光觸媒只能在日光或紫外光下工作，而「銀-氧化鈦」不單在日光下比單純的氧化鈦強，更能在夜間繼續殺菌分解毒