光觸媒

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發現[编辑]

1972年,日本東京大學的藤嶋昭(Fujishima Akira)觀察到二氧化鈦(TiO2)在紫外光的照射下,會把水分子分解成氫氣,因而發現二氧化鈦的光化學特性。隨著環保意識高漲,其特性引起世界各國的重視,近年研究發現許多半導體材料皆具有光觸媒特性,目前常見的有磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)及二氧化鈦。

然而,進一步的研究發現,部分半導體材料在酸性或鹼性環境中容易變質,有些化合物易發生化學或光化學腐蝕性,皆不適合作為淨水的光觸媒。相較之下,二氧化鈦具有高穩定性、耐酸鹼、價格便宜、容易製備和無毒等優點,為目前最常用、也最有發展潛力的光觸媒材料。

化学中,光觸媒光催化劑(photocatalyst)指的是能够加速光化學反應的催化剂,这種現象被稱為光催化(photocatalysis)。

常用的光觸媒有磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)等等。最廣泛使用的是二氧化鈦,它能靠光的能量來進行消毒、殺菌。 由於光觸媒環保又實用,光觸媒的開發試驗已逐漸實行,但需注意的是光觸媒優點同時亦可成為缺點,因它在陽光紫外線照射達到一定強度時才產生化學作用。

原理[编辑]

光子具有一定能量,当照射到某些物質上(如半導體),原子電子吸收一定的能量後,便會從價帶(valence band)躍升,到導帶(conduction band),而原本電子存在的地方就會出現一個帶正電的電洞 —— 也即光生電子和光生空穴。正電子與空氣中的水分子結合產生具有氧化分解能力的氫氧自由基,負電子則與空氣中的氧結合成活性氧,由於這種電子和空穴分别具有較强的還原性和氧化性,因此能使半導體上的物質發生氧化還原反應,從而將光能轉换為化学能。这些物質被稱為光催化劑。

光催化水分解[编辑]

會解離成氫氧根(OH)和離子(H+):

H2O ↔ H+ + OH

在光觸媒顆粒表面,氧氣會與電子結合形成氧離子,水分子會被電洞氧化成氫氧自由基(OH·),這兩者皆為極不穩定的物質,會與有機物結合重新降解成二氧化碳、水。[1]

參考資料[编辑]

  1. ^ 功能性粉末:無所不在的環境清潔工–奈米光觸媒. 工業技術研究院. [2016-06-09]. (原始内容存档于2016-08-02). 

功能性粉末:無所不在的環境清潔工–奈米光觸媒页面存档备份,存于互联网档案馆水觸媒怎樣運作?超詳細水觸媒分解原理页面存档备份,存于互联网档案馆

https://www.scimonth.com.tw/tw/article/show.aspx?num=77&root=2&cat=4&page=1