纳米光触媒简介

☻什么是纳米“光触媒”

纳米“光触媒”是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的半导体材料的总称。其利用光源做催化反应，吸收紫外线（等效波长380nm）的能量后激发电子，产生电子-空穴对，并迅速移动到材料表面，激活吸附在材料表面的，能够将有毒有机物氧化分解，杀灭并抑制病菌再生以及净化大气中氮、硫的氧化物。因其特性，纳米光触媒技术必将在环境保护及人类健康方面发挥更大的作用。

☻纳米“光触媒”的反应机理

①锐钛矿结晶纳米TiO₂是一种光催化剂，由于它的半导体性质，当受到太阳光或荧光灯光中的紫外光（380nm以下）照射时，价电子带中的电子被激发到传导带，在TiO₂原子表面产生电子（e^-）---正孔（h⁺）效应^2，3）。飞出的电子e^-与空气中的氧相结合，生成「O^-2」。电子飞出形成的正孔h⁺夺取空气里水的电子，形成「-OH」。这种由于电子迁移效应，所产生的「O^-2」与「-OH」具有极强的氧化分解能力，使与之接触的形成恶臭与污秽的油分杂菌有害气、体病毒、霉菌等有机化和物分解无害化，使NO_X，SO_X转化定着而无害化。

图3：这种由于电子迁移效应，所产生的「O^-2」与「-OH」具有极强

的氧化分解能力，使与之接触的形成恶臭与污秽的油分杂菌有害气

体病毒霉菌等有机化和物分解无害化，使NO_X，SO_X定着而无害化。

☻纳米“光触媒”的功效

纳米“光触媒”有抗菌防霉、空气净化、防污自洁、释放负氧离子等功效。具体为：

抗菌防霉——二氧化钛在光照射下，产生氢氧根自由基等活性氧比常用作消毒杀菌的氯气、次氯酸、双氧水和臭氧等具有更强的氧化能力，发挥抗菌作用而使细菌或霉菌的繁殖中止，也使细菌或霉菌释放出的毒素分解。

空气净化——纳米“光触媒”在光照下能够分解空气中的甲醛、苯、二甲苯等有害物质，并能将其完全分解成二氧化碳和水，与传统的除味剂、遮覆剂不同，光触媒才是一种能彻底分解有害物质的环保材料。

防污自洁——将光触媒涂刷于建筑物的外墙时，就可利用太阳光将氮氧化物或硫氧化物分别氧化成硝酸根离子或硫酸根离子，下雨时可将硝酸根离子或硫酸根离子冲刷下来，就这样可持续不断地进行光触媒反应，从而除去大气中的氮氧化物或硫氧化物。用光触媒可以分解污物，据此，可制备自净化材料。尤其是对于一点点增加的油污或香烟焦油的效果最大。利用这些材料，可生产出应用于建筑材料、外墙、窗玻璃等各种各样的产品，推进自净化技术的发展。

释放负氧离子——纳米“光触媒”在阳光或灯光照射条件下，还能够释放出负氧离子，从而营造一个更加清新自然的环境。据日本等发达国家的研究数据论证，100平方米的纳米“光触媒”涂层表面释放的负氧离子，可以发挥相当于4棵4米高的白杨树的净化空气效果，能还人们一个真正绿色清新的生存空间。

☻纳米“光触媒”应用现状及前景

在纳米“光触媒”应用现状方面，技术领先国为美国、日本、德国。1、美国于2001年末着重在土壤与地下水中污染物去除在光触媒应用研究方面，美国能源部（DOE）与数个私人公司（包含加拿大所属公司）合作共同开发废水处理制程，并以此为基础延伸发展至废气处理。另外，美国Sandia国家实验室（SNL）， 在其纳米计划中即包含光触媒研究项目。其它尚有PPG公司生产的抗污玻璃及除雾汽车后照镜等商业产品上市。2、日本：着重在民生用品(室内空气净化)开发及市场化运作方面。日本三菱、丰田、大金、东陶等国际知名公司积极往家电、小型空气净化产品及卫浴用品等各式各样民生用品开发。日本产总研（AIST，原工技院）亦开发都市道路光触媒净化NOx废气技术。日本在地铁等交通工具上都已喷涂光触媒，并且在年检时作为一项检验标准。3、德国：着重在光触媒工业制造方面。德国Bayer公司(Wiederhoft et. al., 1998)发展出光触媒工业制造专利，生产1-10 nm的结晶微粒悬浮液。此外，商业化产品尚有DSCB生产之抗污建材。

我国虽然起步较晚但近年发展迅速，碧华公司已与国内光触媒领域主要研究机构包括中科院半导体研究所，中科院生态环境研究中心，中科院理化技术研究所，中科院化学所胶体、界面与化学热力学院重点实验室，国家卫生部疾病预防控制中心，清华大学环境质量检测中心，北大医学部公共卫生学院等国家科研机构建立长期技术合作关系。碧华公司在中国成功的施工案例，包括施工的北京奥运会鸟巢，上海世博会中国馆等。

``应用案例一：

图4：日本一老人院进行光触媒施工以后室内甲醛浓度变化数据

在日本相关报道：

療養室、汚物室、浴室、トイレ、エレベーター、診察室、厨房などの臭いや清掃でお困りではありませんか？当社がお勧めする抗菌コート剤『光触媒CSC』で悪臭を分解・消臭してみませんか。また風呂・トイレもコーティングする事により掃除・メンテナンスが非常に楽で、簡単に汚れを落とす事が可能になります。さらに大腸菌・緑膿菌・黄色ブドウ球菌・メチシリン黄色ブドウ球菌に対しても強い抗菌力を示し、院内感染防止対策としても高い効果が確認されています。もちろん主成分の銀系酸化チタン（TiO2+Ag2O）の安全性についても実証されています。
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应用案例二：

图5：日本东京横滨国立大学利用光触媒开发抗菌医疗器械

医疗器械直接与患者接触的机会多，注意势必要的。特别是像经过皮肤表面进入人体的输血管、导尿管等，医疗现场细菌感染危险性大。

应用案例三：

图6：日本光触媒口罩卫护用品

光触媒无纺布制作的护士服，口罩在日本已经得到普遍应用。Sohu.jp2009年10月06日报道仅日本佐贺县一家小工厂根据甲型流感的市场需要日三班增产光触媒口罩，达到月产500万只，已经在医药店贩卖。特别在老人院除了光触媒抗菌喷涂施工中广泛使用光触媒加工卫护产品。

应用案例四：

图7：治疗前患处取样    治疗后患处取样

经日本医学届同仁实际病例研究证实应用光触媒溶剂治疗对于过敏性以及异常过敏性皮炎有效，该患者于2000年9月21日接受光触媒溶剂治疗，2000年10月27日治疗期结束。

应用前景①医学领域

在日本TOTO公司制造了一种含有分子识别机能的二氧化钛复合体的分散液，并且申请了专利。该发明是从二氧化钛的分子识别机能与光触媒机能相结合问题入手，发明的目的是提供一种能与内分泌扰乱物质、病因分子、癌细胞等特异结合，并且由于光触媒作用而使其分解的具有分子识别机能与光触媒机能相结合的二氧化钛复合体的分散液。

二氧化钛光触媒技术的具体医学应用如下：

                 ▲在疾患治疗中二氧化钛光触媒可能适应的疾患群

细胞癌化情报的转达是与遗传子的异常密切相关的。现在对于癌的治疗有手术疗法、放射线疗法、化学疗法、免疫疗法、温热疗法、光化学疗法等等，确实都有效果。光化学疗法一般是指使用感光色素与激光的治疗方法。这里介绍的是应用光触媒的杀细胞效果的光化学疗法。如前所述，手术室一样的亮度就足可以激发光触媒使大肠杆菌或葡萄球菌死灭。横滨市立大学医学部进行研究，以光触媒疗法为主攻目标，结果表明对于癌细胞的灭死有效。研究结果发表于国际肿瘤学研究领域知名杂志《Cancer Research》。

图9：横滨市立大学医学部进行研究成果截图

应用前景②环保领域

如何处理废弃物设施的焚烧炉的废气中的二恶英已成为严重的问题，造纸工业废水中含二恶英或垃圾焚烧场的废气洗净水（清洗水）含二恶英的处理也将是潜在的问题。特别是最近已从一些江河水中检出严重超标的二恶英，为此，应用光触媒分解二恶英水处理装置等也在开发之中。

应用前景③农业及食品领域

近年来, 纳米TiO₂ 光半导体材料在农业环境领域的研究与应用也逐渐引起人们的关注, 特别是在防治植物病害、改善光合机能、降解农药污染、果蔬储藏保鲜以及调节高等植物生长发育等众多方面的最新研究成果。