纳米TiO_2自清洁材料的研究进展_刘太奇

纳米T iO2自清洁材料的研究进展

刘太奇1,操彬彬1,2,王 晨1

(1 北京石油化工学院环境材料研究中心,北京102617;2 北京化工大学材料科学与工程学院,北京100029)

摘 要:由于自洁净材料具有光催化、自清洁、抗菌等功能,人们对光催化自洁净材料的研究日益关注。本文主要概述了纳米二氧化钛自清洁材料的机理及应用,并介绍了国内外自清洁材料的研究现状及发展趋势。

关键词:T iO2;自清洁;光催化

中图分类号:T G74 9 文献标志码:A

Research Development in Nano TiO2Self-cleaning Materials

L IU T aiqi1,CAO Binbin1,2,WA N G Chen1

(1.R esear ch Center of Ecomater ial,Beijing Institut e o f Petr ochemical T echnolo gy,Beijing102617,China;

2.Colleg e o f M ater ials Science and Eng ineer ing,Beijing U niv ersity of Chemical T echnolo g y,Beijing100029,China)

Abstract:Self-cleaning materials hav e att racted much attentio n in recent years due to their unique characters such as photo cataly st ic,self-cleaning and ant ibacter ial effects.T he ov er view of the mechanism and applicat ions of nano titanium d-i o xide self-cleaning materia ls wer e presented,and the r esea rch status and new development of self-cleaning mater ials wer e mainly intro duced in this paper.

Key words:T iO2,Self-cleaning,Pho tocatalystic

自清洁材料(Self-cleaning m aterials)是指在自然条件下能保持自身清洁的材料,材料本身具有除臭、抗菌、抗霉、防污等多重功能。光催化材料制备技术逐渐趋于成熟,从而给这种新材料的研制开发创造了很好的机会。TiO2的光催化特性自20世纪70年代由日本东京大学的藤岛昭[1]教授首次发现以来,得到了广泛的研究和应用。特别是纳米TiO2的活性高、稳定性好、持续作用时间长以及对环境无害,更成为近年新材料领域的研究热点。

自洁性纳米T iO2不仅具有良好的双亲和性,而且能够杀灭细菌等微生物,使污物不易附着在其表面,即使附着也是和外层水膜结合,附着污物在外部风力、水淋冲力、自重等作用下,能自动从纳米TiO2表面剥离下来。自然光中的紫外线足以维持纳米TiO2表面的亲水特性,从而使其具有长期的自洁去污效应。

1 自清洁机理

1 1 光催化机理

光催化降解主要是指在光参与的条件下,发生在光催化剂及其表面吸附物之间的一种光化学反应。具体机理如下。

纳米二氧化钛为n一型半导体,从理论上讲,只要半导体吸收的光能不小于其禁带宽度,价带上的电子(e一)就可以被激发跃迁到导带,在价带上产生相应空穴(h+),二氧化钛表面空穴(h+)可与表面上的H2O发生作用,生成具有极强氧化能力 OH高活性基团。其过程如下:

T iO2+h e-+h+

h++OH OH

h++H2O OH+H

OH基团是具有极强氧化还原能力的高活性基团,反应能为402 8MJ/mo l,高于有机化合物中的各类化学键能,因此可以引发绝大多数有机污染物发生氧化反应,最终氧化生成CO2和H2O等无机小分子。

1 2 亲水性机理

在通常情况下,二氧化钛薄膜表面与水有较大的接触角,但当T iO2表面受到紫外线照射时,二氧化钛的价带电子被激发到了导带,分别生成T i3+和氧空位,空气中的水分子与氧空位键合形成表面羟基,形成物理吸附水层,其表面就会有极强的亲水性,与水的接触角减小到5 以下,甚至水滴可以完全浸润二氧化钛薄膜表面,薄膜具有的这种性质称为超亲水性。

2 自清洁材料的研究及应用

在室内环境净化研究中,利用纳米T iO2的光催化性和超亲水性,将纳米TiO2负载在墙纸、日光灯、窗玻璃上,可以除去空气中的细菌和有机污染物;经纳米T iO2负载的抗菌陶瓷用品是医院、宾馆卫生设施抗菌除臭的理想材料;将纳米TiO2掺入

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新技术新工艺 热加工工艺技术与材料研究 2010年 第10期

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