纳米二氧化钛在光催化领域神奇之处

半导体在光的照射下，能将光能转化为化学能，从而促进化合物的合成或分解的过程称为半导体光催化。许多半导体材料如TiO2、ZnO、Fe2O3等具有合适的能带结构可以作为光催化剂，其中TiO2化学性质稳定、氧化还原性强、无毒且成本低，是目前广泛使用的半导体光催化剂。

二氧化钛一般有三种晶型--锐钛矿、金红石和板钛矿型，其中板钛矿型不稳定，因此研究较少。锐钛矿型的价带与导带之间的能差为3.29eV，略大于金红石型，需要更高的光能量来使电子跃迁，但锐钛矿的激发态时间更长且锐钛矿表面更能吸附阴离子形态的氧，因此锐钛矿型具有更强的光催化活性，气相二氧化钛是锐钛矿型和金红石型的混合晶型，以锐钛矿型为主。

TiO2的光催化应用主要有以下几种：

（1）光矿化—废水处理

当TiO2受到紫外光照射时（＜385nm）,价带的电子跃迁至导带，形成的光生电子及和空穴迁移到表面不同的位置参与氧化还原反应，例如，水分子通常被吸附至二氧化钛表面，经氧化生成羟基自由基；同时，氧气被还原生成超氧阴离子，还可进一步还原成过氧化阴离子。这些阴离子具有中度氧化能力，所有这些氧化物几乎能氧化绝大部分的有机化合物及无机污染物，将其矿化为无机小分子、二氧化碳和水。因此，二氧化钛可用于污水处理、除臭、自清洁等方面。

（2）杀菌

上述过程中产生的高氧化性羟基自由基能有效破坏细菌的细胞壁和病毒的蛋白质，因此气相二氧化钛能有效抑制液体表面和液体中的细菌、病毒等各种微生物的滋生，还可用于表面涂层，防止藻类滋生引起变色。

（3）诱导超亲水性

涂有TiO2薄膜的表面在紫外光的照射下会生成空穴，继而发生上述羟基化反应，表面会因此变得极具亲水性，因此表面尘垢极易被冲掉。