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          科普之窗——氧化钛如何利用光的波长进行光催化反应

          点击:116时间:2021-09-30 09:09:11 来源: 创始人

          什么是可见光、紫外线、红外线

          光催化反应的基本条件很简单,如前所诉它的主角是氧化钛和光。换句话说,和植物的光合作用反应一样,如果没有光,反应就无法进行。

          光同时拥有作为能量波的性质和作为粒子(光子)的性质。波长就是表示波峰和波峰的间隔。若波长不同,其性质就会发生很大的变化。


          其中,人们肉眼就能见的光叫做可见光。用波长表示大约是400-700nm的光。波长比可见光短的则是紫外线,长波则是红外线

          我们身临所处的地球的光环境,也就是从太阳传送至地球的光,其波长和能量分布情况如图所示:


          大气层外的太阳能并不是全部都能到达地球表面,因为平流层中的臭氧层会吸收一部分,到达地球表面的光主要部分是可见光。


          氧化钛的独特性和普及推广的理由

          在光催化中使用的锐钛矿型氧化钛的带隙是3.2eV,换算成波长大约是388nm,光催化反应就是吸收比该波长短的紫外线而进行的反应。也就是说,氧化钛光催化反应可利用的光,从地球表面的太阳来看,是非常有限的。

          如果是带隙更小的半导体,似乎就可以利用可见光了。但实际上,比氧化钛带隙更小的半导体,如果在有水分的状态下照射光的话,往往会发生自溶解现象

          其原因在于半导体的能带结构。这些半导体中,当价带的电子被激发到导带上,将会影响原子间的结合力。

          氧化钛因其能带结构特点,使得自身不会发生自溶解现象,可以说是非常稳定的特殊物质。

          对氧化钛光催化有效的光大约是388nm的波长,在紫外线中比较接近可见光,被称为近紫外线。紫外线中,作为杀菌灯使用的光是254nm,也有比此波长更短、能量更高的光。但是,我们知道,类似这样能量很高的紫外线,对生物的DNA会造成很大的伤害。

          氧化钛不仅不会发生自溶解现象,也不需要对生物有害的高能量的光,包括LED和荧光灯在内,从可利用波长相对比较长的近紫外线就可进行反应来看,作为光催化材料兼备了良好的性质。


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