什麼是光觸媒？什麼是光催化反應

• 2020-05-06
• AdminAdmin

光觸媒是屬於半導體材料，最常見的是二氧化鈦(TiO2)。光照射後光子的能量被 TiO2 吸收，電子會從其基態被激發至較高能階，將共價帶(valence band)的一個電子提升到傳導帶(conduction band)，結果產生一對自由電子-電洞

 

光催化反應
 
 
Illumination :   TiO2 +   hv è h⁺  +  e^-

Oxygen :            2 H2O + 4 h⁺  èO2 + 4 H⁺ 

Peroxide :         O2 + 2 H⁺ + 2 e^- èH2O2

Superoxide :    O2 + e^- èO2^- 

Radical :           H2O + h⁺ èOH• + H⁺

 

 

 在紫外光照射後產生電子-電洞對。電洞可以產生氧分子或 OH 自由基(radical)，具強氧化能力。電子在氧的存在時生成雙氧水 H2O2 或超氧分子(super oxygen, O2-)，也具有很強的氧化能力 TiO2 產生的強氧化能力，可用於分解具毒性的有機物質，將環境中污染物的去除淨化。
 

 

 

光誘導超親水性
 

 

TiO2 的薄膜經過 UV 光照射，電子還原四價鈦(Ti4+)成為三價鈦(Ti3+)，電洞會氧化負一價態的氧離子(O—)，當再結合四個電洞，會形成氧分子(O2)脫離，在 TiO2 薄膜結構上形成氧空缺(vacancy)。當薄膜表面有水吸附時，水分子中的氧原子會填補氧的空缺，進而產生OH 基，薄膜表面 OH 基的增加，便是表面的親水性的主因。

 

光觸媒的用途？
 
(1)  光誘導超親水性的防霧及自潔性
(2)  光催化氧化分解有毒物
(3)  光催化消毒殺菌
 
 

  
  光觸媒之應用
  
 

功能特性	應                    用
表面自潔	室外瓷磚，廚房和浴室的物件，室內裝璜，塑膠表面，鋁面外牆，磚牆，百葉窗，室內外燈，燈罩，日光燈表面鍍膜，公路/隧道路燈罩，隧道內牆表面。隔音牆，交通號識燈，交通標示表面。
空氣清淨	室內空氣清淨機，冷氣機，廠房空氣清淨機，道路/隧道牆面，隔音牆。
水淨化	飲用水，河水，地下水，湖泊，儲水槽，魚缸，排放水，工業廢水。
抗腫瘤性	癌症治療。
自消毒性	醫院牆壁和地板，手術房物件表面，手術衣，醫護制服，公廁，實驗動物培養室。

 

 

 

光觸媒在太陽能的利用
 
 
太陽光能透過光觸媒，可以直接將水分解轉化成氫能源，具清淨能源的目標，是再生能
源利用的重大進展。
 
TiO2 + 2 hv --> 2e^- + 2 h+
H2O + 2 h+ --> 1/2 O2 + 2 H+
2 H+ + 2 e- --> H2
 
 
淨反應為
H2O + 2 hv --> 1/2 O2 + H2