什麼是光觸媒?
光觸媒,顧名思義即是「以光為催化劑,在吸收光的能量後,能夠發揮觸媒特性的物質」。
- 發展歷史: 早在1930年代便有以氧化鋅 (ZnO) 為反應素材的光觸媒記載。
- 技術突破: 自1968年代日本學者藤嶋昭發現二氧化鈦 (TiO2) 的特性以來,現代光觸媒多採用半導體二氧化鈦為反應材料。
- 奈米技術: 半導體的特性在奈米級材料上表現尤為明顯。
- 現代定義: 學術上定義為「以奈米級二氧化鈦為反應材所製成的一種半導體應用材料」。
- 常見型態: 在民生消費用途上,以液態光觸媒最為常見。
光觸媒的基本原理:氧化還原反應
光觸媒的運作過程是一連串精密的微觀化學反應,其核心機制如下:
- 1. 光照激發: 原料中的二氧化鈦經光照後,電子會從價電帶躍遷至導電帶。
- 2. 形成電洞對: 在光觸媒表面形成帶負電的「電子」與帶正電的「電洞」。
- 3. 產生活性物質:
- 電子與氧結合,產生「負氧離子」。
- 電洞與水結合,產生「氫氧自由基」。
- 4. 分解有機物: 當有機物質(碳氫化合物)接觸表面時,會與上述活性物質結合,重新組合成「二氧化碳 (CO2)」和「水 (H2O)」。
- 5. 循環再生: 反應過後,電子跟電洞回到原位,等待下一次的反應循環。
廣泛的技術應用
透過上述的「氧化還原反應」,光觸媒能發揮多樣化的環境優化功能:
- 空間應用: 應用於生活、工作空間,有效分解氣味分子和細菌、病毒等微生物。
- 環境效能: 達到潔淨室內環境、創造清新空氣的效果。
- 領域跨足: 近二十年來已廣泛應用於居家環境與醫療院所中。
- 產品加工: 經光觸媒加工的各類產品,已成為醫療機構或個人防護的最新選擇。