光催化效应与自清洁玻璃

来源:锦福娱乐注册送58科技   发布时间:2011/7/18 9:13:06  浏览:

    环保与能源是目前全世界最关心的问题,自清洁玻璃能够利用阳光、空气、雨水,自动分解玻璃表面有机物,以净化空气,且催化空气中的氧气使之变为负氧离子,从而使空气变得清新,同时能杀灭玻璃表面的细菌和空气中的细菌。清洁玻璃解决了玻璃清洁所带来的环境污染和水源浪费。
    半导体光催化剂大多是n型半导体材料(目前以TiO2使用最广泛),即在价带(ValenceBand,VB)和导带(ConductionBand,CB)之间存在一个禁带(ForbiddenBand,BandGap) ,由于半导体的光吸收阈值与带隙具有K=1240/Eg(eV)的关系,因此常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外区域。当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时,半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带,从而产生光生电子(e-)和空穴(h+)。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子,而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性,能将绝大多数的有机物氧化至最终产物CO2和H2O,甚至对一些无机物也能彻底分解。

    在现在生活中,我们在许多地方都利用了二氧化钛的p光催化效应。所谓光催化效应,是指二氧化钛能够利用光照能量来加速化学反应的那种催化作用。在我们的日常生活中常见的利用二氧化钛的光催化作用的地方,例如有装修厕所和房屋墙壁所使用的涂料等。
    加入涂料(或瓷釉)中的二氧化钛在受到光线(紫外线)照射时,将能够通过两种不同的作用来达到消毒除臭的效果。一种是光催化作用,二氧化钛在受到光线照射时会加速污物和细菌的分解;另一种是亲水乳化作用,使原来的疏水物质变为不排斥水。使用添有二氧化钛的涂料装修厕所,就是利用这两种作用来将污物分解,从而达到杀菌除臭的目的。

    二氧化钛受到光线(紫外线)的照射,将从表面飞出电子(-),同时生成可氧化性很强的空穴(+)。电子和空穴分别将空气中的氧气和水反应,在二氧化钛表面生成O和OH-(羟基)。两者都具有非常强的分解能力,能够将表面的污物分解。有机物被分解以后,变成二氧化碳和水。

    另一方面,二氧化钛中的氧原子接触到空气和水,使水失去氢原子而在二氧化钛表面形成一层很容易吸附谁的羟基(亲水基)。因此,水很容易插入污物的下方而使其脱离表面,漂浮在水中。
    目前,光催化的光波段主要在紫外线,紫外线的强度直接影响光催化的效果,所以在光催化测试中首先测量紫外线的辐射强度,如采用紫外照度计、紫外辐照计等测试。同时二氧化钛涂层对玻璃的透光率会产生影响,如何提高透光率,确保照明度是一个重要课题,涂层对透光率的影响,可以使用透光率仪进行检测。
  

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