纳米光催化材料有哪些应用?

一、将纳米光催化材料用于可循环利用的水体净化光催化织物网，适用于城市黑臭水体的治理，对水体中有毒有机物进行分解，除臭，增加水体含氧量，重新恢复自净化能力，黑臭水变为清水。二把光催化功能织物做成窗帘、沙发坐垫、地毯等各类纺织品，赋予其优异的降解甲醛等气体污染物、抗菌抗紫外线等功能特性，达到净化室内空气的独特效果。

光催化材料能够在太阳光的作用下有效地降解污染物，各种光催化纳米材料已被研究用于液体或气体污染物的净化，被认为是最有前途的治理途径。 但如何将这类材料回收再利用却是关键性问题。考虑到棉织物疏松多孔的结构特点及亲水、天然、广泛应用的优势，课题组以其为负载模板，成功构筑了纳米光催化织物涂层，实现了纳米光催化材料的回收再利用，并且通过纳米光催化材料的交替层层组装，大幅提高了光催化效率。

该涂层织物对液体和气体污染物均具有优异的光降解活性，在模拟太阳光下，所有的涂层织物均能有效地降解污染气体(如甲醛等)和液体污染物(如罗丹明等)，展示了优异的降解气体和液体污染物光催化活性。

世界上能作为光触媒的材料众多，包括二氧化钛(TiO2),氧化锌(ZnO),氧化锡(SnO2),二氧化锆(ZrO2)，硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛(Titanium Dioxide)因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光触媒材料。在早期，也曾经较多使用硫化镉(CdS)和氧化锌(ZnO)作为光触媒材料，但是由于这两者的化学性质不稳定，会在光催化的同时发生光溶解，溶出有害的金属离子具有一定的生物毒性，故发达国家目前已经很少将它们用作为民用光催化材料，部分工业光催化领域还在使用。

二氧化钛是一种半导体，分别具有锐钛矿(Anatase)，金红石(Rutile)及板钛矿(Brookite)三种晶体结构，其中只有锐钛矿结构和金红石结构具有光催化特性。

二氧化钛是氧化物半导体的一种，是世界上产量非常大的一种基础化工原料，普通的二氧化钛一般称为体相半导体以与纳米二氧化钛相区分。具有Anatase或者Rutile结构的二氧化钛在具有一定能量的光子激发下[光子激发原理参考光触媒反应原理]能使分子轨道中的电子离开价带(Valence band)跃迁至导带(conduction band)。从而在材料价带形成光生空穴[Hole+]，在导带形成光生电子[e-],在体相二氧化钛中由于二氧化钛颗粒很大，光生电子在到达导带开始向颗粒表面活动的过程中很容易与光生空穴复合，从而从宏观上我们无法观察到光子激发的效果。但是纳米的二氧化钛颗粒由于尺寸很小，所以电子比较容易扩散到晶体表面，导致原本不带电的晶体表面的2个不同部分出现了极性相反的2个微区-光生电子和光生空穴。由于光生电子和光生空穴都有很强的能量，远远高出一般有机污染物的分子链的强度，所以可以轻易将有机污染物分解成最原始的状态。同时光生空穴还能与空气中的水分子形成反应，产生氢氧自由基亦可分解有机污染物并且杀灭细菌病毒。这种在一个区域内2个微区截然相反的性质并且共同达到效果的过程是纳米技术典型的应用，一般称之为二元论。该反应微区称之为二元协同界面。

从上面介绍我们可以看到，二氧化钛的光催化反应过程，很大程度依靠第一步的光子激发，所以有足够激发二氧化钛的光子，才能提供足够的能量，我们也可以知道，光催化反应并不是凭空产生的它也是需要消耗能量的，符合能量守恒原则，它消耗的是光子，也就是光能。如果是太阳光照射光触媒就利用太阳能，灯光就是利用光能。联合国将光触媒开发列为21世纪太阳能利用计划的重要组成部分。

（1）光催化材料：目前有UV固化剂，光引发剂等这种感光材料，一般都是化学键断裂或者分解成自由基，然后自由基在催化剂条件下进行反应。根据E=hv.这种就需要很强的光子使分子分解，或者特定的UV波长即可。

（2）光热转换：这种是能量之间的转换。例如：光合作用，太阳能热水器。这种都是有专门的转换材料，把光能转变变其他形式的能量。不需要太多的化学反应。根据E=hv.只要提供相应的光子能力即可

综上：光热转换材料一定会用到了感光材料。能带间隙的话应该是区分导体、半导体、绝缘体本质才能用的到。对于同一种光材料，研究能带间隙对本质没多大作用。

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