光催化效應(yīng)與自清潔玻璃

環(huán)保與能源是目前全世界最關(guān)心的問題，自清潔玻璃能夠利用陽光、空氣、雨水，自動分解玻璃表面有機物，以凈化空氣，且催化空氣中的氧氣使之變?yōu)樨撗蹼x子，從而使空氣變得清新，同時能殺滅玻璃表面的細菌和空氣中的細菌。清潔玻璃解決了玻璃清潔所帶來的環(huán)境污染和水源浪費。
??? 半導(dǎo)體光催化劑大多是n型半導(dǎo)體材料（目前以TiO2使用最廣泛），即在價帶(ValenceBand,VB)和導(dǎo)帶(ConductionBand,CB)之間存在一個禁帶(ForbiddenBand,BandGap) ，由于半導(dǎo)體的光吸收閾值與帶隙具有K=1240/Eg(eV)的關(guān)系，因此常用的寬帶隙半導(dǎo)體的吸收波長閾值大都在紫外區(qū)域。當(dāng)光子能量高于半導(dǎo)體吸收閾值的光照射半導(dǎo)體時，半導(dǎo)體的價帶電子發(fā)生帶間躍遷，即從價帶躍遷到導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生光生電子(e-)和空穴(h+)。此時吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負離子，而空穴將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成氫氧自由基。而超氧負離子和氫氧自由基具有很強的氧化性,能將絕大多數(shù)的有機物氧化至最終產(chǎn)物CO2和H2O,甚至對一些無機物也能徹底分解。

在現(xiàn)在生活中，我們在許多地方都利用了二氧化鈦的p光催化效應(yīng)。所謂光催化效應(yīng)，是指二氧化鈦能夠利用光照能量來加速化學(xué)反應(yīng)的那種催化作用。在我們的日常生活中常見的利用二氧化鈦的光催化作用的地方，例如有裝修廁所和房屋墻壁所使用的涂料等。
??? 加入涂料（或瓷釉）中的二氧化鈦在受到光線（紫外線）照射時，將能夠通過兩種不同的作用來達到消毒除臭的效果。一種是光催化作用，二氧化鈦在受到光線照射時會加速污物和細菌的分解；另一種是親水乳化作用，使原來的疏水物質(zhì)變?yōu)椴慌懦馑?。使用添有二氧化鈦的涂料裝修廁所，就是利用這兩種作用來將污物分解，從而達到殺菌除臭的目的。

二氧化鈦受到光線（紫外線）的照射，將從表面飛出電子（-），同時生成可氧化性很強的空穴（+）。電子和空穴分別將空氣中的氧氣和水反應(yīng)，在二氧化鈦表面生成O和OH-（羥基）。兩者都具有非常強的分解能力，能夠?qū)⒈砻娴奈畚锓纸?。有機物被分解以后，變成二氧化碳和水。

另一方面，二氧化鈦中的氧原子接觸到空氣和水，使水失去氫原子而在二氧化鈦表面形成一層很容易吸附誰的羥基（親水基）。因此，水很容易插入污物的下方而使其脫離表面，漂浮在水中。
??? 目前，光催化的光波段主要在紫外線，紫外線的強度直接影響光催化的效果，所以在光催化測試中首先測量紫外線的輻射強度，如采用紫外照度計、紫外輻照計等測試。同時二氧化鈦涂層對玻璃的透光率會產(chǎn)生影響，如何提高透光率，確保照明度是一個重要課題，涂層對透光率的影響，可以使用透光率儀進行檢測。
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