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             光觸媒是一個完整的詞匯,其實就是日文當中催化劑的寫法,光觸媒這個東西正常的中文表述是光催化劑,如果是靠譜的光催化劑,那么在含有紫外光波段及近紫外段可見光的光線照射下,是可以有效分解各種大分子氣體的,分解最終產物通常是二氧化碳和水,而且是幾乎無差別分解。

        最近因為想增加一個光觸媒相關的項目,從出院到今天大概一個月的時間一直在研究這個東西,查閱了包括國內,臺灣和日本相關科研論文近兩百篇,得出一個結論——光觸媒真的是非常非常完美的一種存在。

        當然,前提是你拿到的是確實有效的產品。而這個前提,在目前國內,實現起來非常困難。

        那么一個有效的光觸媒產品,它的核心成分和作用原理是怎樣的呢?

        ——科技史上震驚世界的光催化劑(Photocatalyst)效應,又稱“本多—藤島效應”,由日本的本多健一和藤島昭兩位學者發現。1967年本多健一教授和他的研究生藤島昭在做金屬的光合作用時發現, 用二氧化鈦和白金作電極,放在水里,用光照射,即使不通電,也能夠把水分解成氧氣和氫氣,F任東京大學教授的藤島昭回憶說,他在觀察到這一現象時,激動和興奮得睡不著覺。植物的光合作用竟能在金屬里如此簡單地再現出來。利用陽光就可以大量產生清潔的氫能,這是多么有價值的技術!

        1967年他們聯合發表了關于二氧化鈦的氧化分解功能的論文,從此光催化劑效應便被稱為“本多—藤島效應”。但當時TiO2的光催化效率低,這項研究成果被擱置起來。90年代中期,現代研究已經了解,TiO2在受到陽光或熒火燈的紫外線照射后,內部電子——空穴對激勵,產生具有強氧化分解活性氫氧(羥)基原子團。在光的作用下 可降解幾乎所有的附著在氧化鈦表面的各種有機物,如氫化物、氮氧化物、硫化物。但當時TiO2光催化劑的研究處于室驗室階段,一直制約了TiO2光催化性的活性增強。

        有關專家學者希望找到一種類似激光調光學倍頻材料,將可見光、紅外光變頻一直是研究熱點,也是多年來不能實用的根本矛盾所在。但隨著納米技術的發展,1999年由于納米技術得到了突破性進展,TiO2(銳鈦礦型)在納米尺度下禁帶寬度得到滿足,從而根本解決了TiO2催化劑活性增強的問題。光催化劑終于正式登上了國際研究舞臺。以日本,德國為首的世界經濟科技強國投入了大量資源對這個領域進行研究。截至到2004年,聯合國“未來太陽能利用”計劃、美國的“星球大戰”計劃、日本“創造科學技術推進事業”計劃、西歐“尤里卡”計劃、以及我國的“納米科學攀登”計劃、“863”計劃、“973”計劃都將它列入重點研究開發計劃。在這門學科上,全球的投入不下近百億美元,而日本著名的東陶(TOTO)更是斥資2億美元進行專利布局以期獲得日本市場的領導地位。這樣一個全世界科學家都為之奮斗的科學領域,發展至今日,終于走出常人可望而不可即的高科技應用領域,在日常應用領域方面也取得多方面的重大技術突破,2001年,光催化技術相關產品正式進入家庭日常生活,并在短短的半年時間,迅速席卷歐美及東南亞發達國家和地區,成為家庭重要消費產品之一,而且奇跡般的以年平均4.6%的速度遞增。就是說,這個東西不是忽悠出來的,它是化學史上的一個比較重要的發現,雖然最早發現這種東西的不是本多健一和藤島昭,但是目前大家都默認這樣描述了,我就不改了。一個可以用于有害空氣治理的有效的光觸媒產品,在目前的科技水平來說,它需要具備以下幾種要素:

        首先,核心成分是納米二氧化鈦,晶相為銳鈦礦相。注意,金紅石相和板鈦礦相(或說無定型)不是理想的基材,特別是板鈦礦相,那是完全不會有用的,原理在于晶格結構的不同,這里不做贅述。

        其次,平均粒徑要達到起碼10納米以內,好的通常在5納米左右,因為粒徑越小,比表面積越大,反應越密集有效。反之則反之。

        再次,分散技術。因為納米膠體容易發生團聚,一旦大量團聚,粒徑的描述就不在有意義,活性幾乎全失。

        再再次,附著能力。光觸媒這個東西,作為催化劑,具備眾所周知的催化劑的一個偉大特性,那就是幾乎永無損耗,那么理論上來講,一次噴涂,終身有效,說可以傳世也不為過,不過前提是它要還存在在那里,如果不能牢固的附著在家具或者墻壁或者任何別的什么你家里的古怪東西表面的話——你擦擦桌子它就脫落了的話——那是沒有用的。

        最后,它的光敏化技術要到位,一般的光觸媒只能在紫外光波長以內發生反應,這也是不行的,因為日光只含有3%的紫外光,而節能燈,因為他們的發光機理我們不難知道,大多數的節能燈都幾乎不含有紫外波段的光。那么一個光敏化技術不到位的不能在部分可見光起碼400——500納米波段的光之下反應的光觸媒——即使它別的指標再好,對有害氣體的防護效果也是無能為力的。

        產品要滿足的關鍵要素就是以上幾點了,接下來我們來看看光照到它上面之后發生了一些什么樣的有意思的事情,換句話說,它為什么是有效的,不是忽悠人的:  補充對反應機理的文字描述:(不是完全涵蓋的,一些專著上有更詳盡和準確的描述,這個僅供參考。)

        光催化劑一經光照,原料中二氧化鈦的電子便會從價電帶躍遷至導電帶,在光觸媒表面形成電子(e-)電洞(h+)對,帶負電的電子與氧結合產生負氧離子(O2- ),帶正電的電洞與水結合產氫氧自由基(.OH),這兩者在化學上都是極不穩定的物質,當有機物質(碳氫化合物)接觸到光觸媒表面時,便會分別和負氧離子及氫氧自由基結合,重新組合成二氧化碳(CO2)和水(H2O)。 這一連串的反應,化學上稱為「氧化還原反應」。

        透過氧化還原反應,當將光催化劑應用在生活、工作空間中時,便能有效分解氣味分子和細菌、病毒等微生物,達到潔凈室內環境、創造清新空氣的效果,因此近十年來在日本,光催化劑已被廣泛應用于居家環境和醫療院所中,此外經光催化劑加工的各類產品也成為醫療院所的最新選擇。

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