二氧化钛的光催化效应

摘要：目前环境污染、食品医疗用具安全卫生问题受到越来越多人的重视和关心，而纳米二氧化钛在光催化作用下可以有效对污染环境的垃圾进行降解，如果将其掺杂在陶瓷、塑料、涂料、塑料、不锈钢等日常生活产品里，还可达到极为优良的抗菌抑菌效果，同时对纳米二氧化钛的前景进行了展望并闡述其光催化机理。

关键词：摩擦磨损；摩擦学机理；发展

二氧化钛作为一种非常常用的工业原料，广泛的应用于各行各业，包括涂料、电子产品、新型材料等，随着科技的进步及工艺的发展，纳米级二氧化钛出现并兴起，新型的二氧化钛其应用更加广泛、性能也更为优异，涉及化妆品、机电工业、催化剂等，例如纳米级二氧化钛可加入护肤品防晒霜中起到防紫外线保护皮肤的作用，将二氧化钛纳米粉体加入到陶瓷、人造纤维中等可以直接使材料具有抗菌杀菌作用，现在人们又利用二氧化钛的光催化性来对有机污水进行分解处理，此外纳米二氧化钛还在传感器、涂料、锂电池等领域均有涉足。

环境污染问题一直是个非常棘手的世界性难题，受到大家的关注，现在世界每分钟都会有无数的垃圾及废弃物、有毒有害的物质产生，目前对这些垃圾的处理方法普遍是填埋、焚烧等，但是这些方法并没有有效的分解垃圾中的有毒物质，未经任何处理被填埋在地下的垃圾，其中的有毒物质渗透到土壤中，污染了土地，甚至污染了地下水源，而被焚烧的垃圾也会释放大量有毒的气体污染空气，科学家们想出了许多方法来解决处理垃圾，这些处理手段包括一些物理、生化的方法，可是效果都不是十分理想，不但成本高、降解成功率低，而且时间很长。

两位来自日本东京大学的教授Fujishima和Honda于1972年发现二氧化钛的一个新的特点，其在光的作用下不仅可分解水还可以分解其他物质，自此纳米二氧化钛成为新一代极具潜力并受人关注的光催化材料。纳米二氧化钛作为光催化剂在紫外线的作用下可以直接分解一些有机污染物，同时不会产生毒副产物，所以它一经发现可分解污染物后就受到人们的密切关注，更有人称它为“洁净革命”，二氧化钛之所以被选择为目前非常重要的光催化剂，主要是由于它的综合优势，成本低原材料丰富、化学性能稳定、无毒副作用、可耐酸碱及光腐蚀，现在二氧化钛在对有机类垃圾的处理上占有很大优势，一些难以被降解的有机物都可以通过它来得到降解，如氯仿、多氯联苯、有机磷化合物等都可可用这种方法去除。空气中的污染物对人体的伤害是很大的，可是又没有有效的降解手段，研究人员发现，纳米级二氧化钛同样可以在光的作用下降解空气中的污染物，比如常见的甲醛、丙酮、乙烯等有机气体效果都不错。现在二氧化钛纳米光催化剂也可对汽车及空调进行净化。

日本的Matsunaga于1985年首先发现了TiO2在紫外光照射下有杀菌作用，自此之后纳米二氧化钛一直活跃于抗菌材料的研究应用，与此同时科学家们还广泛研究了二氧化钛对细菌、病毒、真菌、藻类和癌细胞等光催化杀菌的作用。

随着科技的进步及人们生活质量的提升，越来越多的人开始关注和重视生活、工作的的卫生状况，因此各类抗菌产品日益涌现，更多的抗菌材料被研发，经过不断的探索与比较，最终人们发现纳米二氧化钛作为抗菌剂具有许多优势，譬如安全无毒副作用，抗菌持续时间长，耐热耐腐蚀，所以纳米二氧化钛得到了更为广泛的开发与应用。

陶瓷：日本东陶（TOTO）公司将一些用于医疗卫生、食品加工等地方的瓷砖上涂覆纳米二氧化钛膜，从而达到抗菌抑菌的作用，中国建筑材料科学研究院高技术陶瓷研究所开发出的光催化陶瓷制品，经数次实验验证及检测，在紫外光的照射下两小时内有效杀菌率在80%左右，无光的环境下杀菌率在60%左右，当持续时间超过24h有效的杀菌率可达到95%。

塑料：在我们生活中有许多的塑料制品，例如塑料包装袋、厨具、电器外壳等，容易清洁不到位产生细菌，有研究者将纳米二氧化钛和塑料树脂按照一定比例混合，最终制备出具有抗菌性能的塑料，有数据显示，纳米二氧化钛抗菌塑料具有广谱抗菌性、无生理毒副作用，对普通常见细菌的细菌率高达97%以上。

涂料：将纳米二氧化钛与乳胶漆按一定比例及工艺混合制备成具有抗菌性的新型涂料，同时这种新型涂料在抗菌时不受光源影响，无论是在自然光下、还是日光灯下均可持续杀菌，有数据显示其杀菌有效率达90%以上。

玻璃：同样可以将纳米二氧化钛使用在玻璃上，前述应用我们已经了解到纳米二氧化钛具有光催化抗菌作用，同时它还具有亲水性，将纳米二氧化钛制备在玻璃上，使玻璃达到自我清洁及抗菌抑菌的效果，目前海外一些知名公司已经在市场上出售这种功能性玻璃。

不锈钢：不锈钢制品在医疗系统行业、食品卫生业等相关领域用量极大，而这些领域对产品有杀菌抑菌的需求，将纳米二氧化钛制备与不锈钢产品上一定具有非常大的发展前景。

除开上述这些领域，纳米二氧化钛在其它领域如化妆品、纺织业等也具有无限的发展潜力。

纳米二氧化钛具有广阔的发展领域，那么现在让我们一起来探讨其光催化的杀菌机理，其首要条件是要有紫外光，在光照下二氧化钛可以形成电子-空穴对，主要表现为会产生具有强还原性的氧离子自由基及强氧化性的羟基自由基，而这些基团可以进入细菌体内破坏细菌的细胞质，细菌无法复制衍生，最终达到抑菌的作用，而具有强氧化性的羟基可以使细菌毒素得到降解，研究人员发现，二氧化钛的粒径与抗菌效果成正比，即使光照结束仍然具有一定时间的抗菌作用。

参考文献：

[1]Zhou JK，Lü L，Yu J， et al.Synthesis ofSelf-Organized Polycrystalline F-doped TiO2 Hollow Microspheres and TheirPhotocatalytic Activity under Visible Light.J.Phys.Chem.C，2008，112：5316-5321.

[2]Paulose M，Varghese OK，Mor GK， et al.UnprecedentedUltra-high Hydrogen Gas Sensitivity in Undoped Titania Nanotubes.Nanotechnology，2006，17：398.

[3]Fujishima A，Honda K.Electrochemical Photolysis of Water at a SemiconductorElectrode，Nature，1972，238：37-39.

[4]Matsunaga T， Tomoda R，Nakajima T.Photoelectrchenical Sterilization of Microbial Cellsby Semiconductor Powers.FEMS Microbiology Letters，1985，29：211-214.

[5]沈君权.TiO2光催化剂及其应用.现代技术陶瓷， 1998， 19（1）：32-38.

作者简介：罗锦洁（1986-），女，汉族，四川仪陇人，硕士，助教.主要研究方向：材料表面改性。