二氧化鈦TiO2

奈米二氧化鈦在太陽能光電的應用上一直受到關注,2020年的COVID-19又再度讓光觸媒材料的殺菌功能受到更多注目。

但「光觸媒殺菌」背後的原理是什麼呢?


二氧化鈦在SEM下的樣子 

 

💡原理

日本藤嶋昭教授在1972年的實驗中發現,以紫外線照射二氧化鈦後,電洞會將二氧化鈦的水分子轉變為氫氧自由基、而電子將表面的氧氣轉變為超氧化物。
這是因為光觸媒材料受到大於能隙(energy gap)的光線照射後,得到能量的電子會從價帶(valence band)躍升至傳導帶(conduction band),這使得價帶上留下帶正電的電洞(electron hole)。
觸媒便是催化劑,藉由光的能量,光觸媒材料可以做為催化劑,與附著物的表面物質進行氧化還原反應,並促進有機物的合成或分解。
💡未來應用
目前較為穩定且經濟的光觸媒材料便是奈米二氧化鈦TiO2。
二氧化鈦的應用包含以下:
1. 殺菌:光觸媒可利用紫外光進行光化學反應,觸媒表面的氧氣或水氣經轉化後可破壞病原體,因此能有效消毒、消滅微生物。
2. 分解有毒物質:空汙汙染源如甲醛、苯等有毒物質可以被光觸媒轉化為水、二氧化碳和無機鹽。
3. 光催化水分解:光觸媒未來或許能進行人工光合作用,水分子經由光觸媒反應可以被分解出氫氣作為燃料,是商機無限的材料!
 
奈米級的二氧化鈦因為尺寸小,價帶及導電帶的能隙寬,因此氧化力更強。若能應用奈米技術製備光觸媒,人類的生活便可邁向下一個里程碑。