光觸媒催化作用原理
什么是TiO2的催化反應？
光觸媒（TiO2）原料鈦為地殼元素中第四大元素，二氧化鈦即為其氧合物之一。二氧化鈦本身即是一種催化劑，觸媒本身能降低化學反應的能量，而促使化學反應或加快其反應速度，但本身卻不因化學反應而產生變化或破壞本體結構。TiO2本身為N型半導體，在自然界中TiO2以銳鈦礦（A-type）、金紅石（R-type）及板鈦礦（B-type），其中最為世上廣泛使用的是A-type及B-type 采單獨使用或以兩者混合來作為工業顏料（鈦白粉），食品添加物（已經美國FDA食品檢驗中心認可）、化妝品（UV吸收劑）。
TiO2在吸收太陽光中紫外線或照明燈中的紫外光后所產生類似植物的光合作用原理，只差異于生成物不同。TiO2經光反應后本身產生一組各帶正負電的電洞與電子的載子。電洞具有強大的氧化能力，電子亦具有超強還原能力，在經與TiO2上的水氣（H2O）反應后會制造出氧化威力超強的{氫氧自由基}如O、O2、OH-，氫氧自由基可針對細菌（有機物質）、臭味（有機氣體）做分解處理，若與UVA紫外線相互配合更能使光觸媒之活性（即分解反應）速率加倍。因為擁有制造氧化威力超強的{氫氧自由基}能力而使TiO2具有以下各項優點：空氣凈化，污水處理用光觸媒涂膜顆粒在空氣凈化設備和污水處理系統上廣泛使用{無二次污染}大氣凈化，工業、農業、畜牧廢水處理；抗菌/殺菌，除臭，分解難分解性有機污染物。
光觸媒（二氧化鈦）是一種催化劑，光觸媒能降低化學反應能量，促使化學反應或加快其反應速度，但本身卻不因化學反應產生變化或破壞本體結構。
二化鈦超強的氧化能力可破壞細胞的細胞膜，使細菌質流失至死亡，凝固病毒的蛋白質，抑制病毒的活性，并捕捉，殺除空氣中的浮游細菌，經二氧化鈦清凈處理機的空氣，殺菌能力達99.97%。
經美國FDA食品檢驗中心認可，二氧化鈦為安全物質，對人體并無傷害，普遍為食品、日常生活用品、化妝品、醫藥、養殖業采用，二氧化鈦受光后生成氫氧自由基，與空氣中有機物質反應后既成無毒的無機物，脫臭上，二氧化鈦所產生的氫氧自由基會破壞有機氣體分子的能量鍵,使有機氣體成為單一的氣體分子,加快有機物質氣體的分解,提高空氣清凈效率.
鈦與TiO2（Titanium Dixide）

鈦Ti原子序22 原子量48.87過渡元素 金屬元素 在20℃×1大氣壓下為固體Ti之地球元素存在度（Clark Nuber）排列第十位。而在金屬元素之存在度僅次于鋁、鐵、Ti、其蘊藏量排行為第四位。而以二氧化鈦之形態存在地球之各處、其蘊藏量有數十億噸單位之首。
但是，即使其有豐富之蘊藏量，其被發現于18世紀末、以氧化物之形態存在于砂鐵中為鐵料使用，亦花費一段長時間，直到1948年才正式工業化大量生產。

鈦金屬之特征
Ti為銀灰色之金屬，質量介于鐵與鋁之間，強度與炭鋼略同。其單位重量之強度約為鐵之二倍，鋁的六倍。為質輕而堅的金屬。而且其耐蝕性高、耐酸性比鐵高，在海洋中之耐蝕性僅次于白金。與其他金屬相比，、導電性及導熱性比較低。以一種耐蝕性優異且質輕、強度等特性均衡為特征之金屬。其融點在主要金屬中最高為1，688度熱傳導率為銅之4.4%、電阻為鐵之五倍以上。其可耐用于困難用途之金屬。為何有如此多優點之金屬而不去利用，歸咎其原因是因Ti金屬元素與氧之結合力比鋁金屬更強而難以精煉成金屬之故。Ti元素與氧之結合甚強，因此必須先置換成氧化物再提取Ti。Ti金屬最被重視的特質為耐蝕性。這是因為與氧結合強度高之故。Ti金屬會在表面結合成極薄之氧化膜。

鈦金屬之有用性
純鈦金屬有延展性，加熱后會增加強度，這是因為其具有維持固態、而持有組織變化之轉化點之故。其轉化點（熱變形溫度）為882℃現今鈦金屬被廣泛應用于各種用途，以僅次于銅、鐵、鋁之第四金屬地位，并繼續成長中。在世界冷戰期間，被廣用于核子潛水艇、戰斗機之用途。例如F-15戰斗機內約使用5噸之鈦金屬、噴射機之扇葉片及心臟部位之主要零件均使用鈦金屬制造。而核子發電、火力發電之回收水用熱交換器亦使用著純鈦金屬之材質。人們身邊之照相機、眼鏡框、手表、高而夫球具、汽車排氣管、人工開關等等民生生活器具用途為最有名的。由其用途可知道，其對人類具有極大影響力之金屬。

二氧化鈦
許多半導體光電陶瓷皆可作為光觸媒如：Ti02、ZnO、CdS等，目前使用最多之光觸媒為Ti02，它除了具有相當強之氧化與還原的能力外，另外具有化性安定、對環境無害、價格低廉等優點。二氧化鈦的結晶構造屬于正方晶系的高溫金紅石型，低溫銳鈦礦型及屬于斜方晶系的板鈦礦型3種。
光催化處理程序的光分解機制是由紫外光或太陽光激發光觸媒，使觸媒產生電子以及電洞，藉以氧化表面吸附之物質，進而將表面吸附之物質裂化為小分子。以二氧化鈦為例，二氧化鈦反應從照400nm之光波長開始反應（因為二氧 化鈦之能陛差約為3.1eV，而400nm之光波長大約可提供3.1eV之能量），二氧化鈦吸收光能量產生電子及電洞，此電洞 具有相當強之氧化力，可以直接將吸附在物質表面之污染物分子直接氧化使其分解，或者將吸附于物質表面之水分子氧化為氫氧自由基。

神奇的二氧化鈦光觸媒

光觸媒技術之所以受到產業界及社會大眾矚目的背景，是因為工業化后，全球空氣、湖泊、大型河川遭受明顯污染，其中所含污染物種類繁多，從研究中心發現光催化程序能有效處理液體污染物中氯苯有機物、氯酚化合物、氰化物、金屬離子、四氯化碳、二氯乙烷以及醇類等污染物質。在氣相污染方面光催化程序能有效處理如氧公氮、醛、H2S 2S2以及三氯乙烯等污染物質。 由以上觀念造成具有光觸媒功能的制品開發與不斷進步。

光觸媒(氧化鈦)的原理及其應用

光觸媒的重大特征在于它的強大的氧化力。光觸媒具有下列的作用：

a. 吸收相當于帶隙能量以下的光能，使表面發生光激勵而產生電子(e-)和正孔(h+)。 (氧化鈦的帶隙為3.0eV，因此換算為波長時，大約在400nm以下。)

b. 在受光照射而生成的電子-正孔中，電子消耗于空氣中氧的還原，正孔則將吸附物質氧化. 分解這些吸附物質(例如有機物(R))的作用，可用于空氣凈化、防污、抗菌。光解媒反應是在接觸于表面時發生的表面反應，因此當空氣凈化時表面積會增大，凡接觸于活性表面的附著概率高的，其去臭效果要高。與此相反，當防污、抗菌時，它們卻是難于附著的構造，則以表面積小、附著概率低的為宜。

另外，最近渡邊等人發現在以往的氧化分解型光觸媒反應以外，還有超親水性現象。這就是光照射到氧化鈦表面時，便呈現接觸角幾乎為0度的超親水性能持續幾小時到一周左右；對于油，也有親合力非常高的性質。在發現超親水性反應的早期過程中，由光激勵而致氧化鈦內部產生的電子將氧化鈦本身的表面還原的反應，可以考慮是本質的，一般對于環境的作用是防霧或室外防污。

現階段研究開發之主要領域有：防微抗菌、自我清潔、 凈化水及空氣、鏡面防霧、以及抗癌等領域。


TiO2光觸媒之作用、可大分類為

A﹒親水化現象、水處理．水質凈化、抗癌(癌之光觸媒治療法)、

B﹒防污(自凈作用Self Cleanning)、

C﹒抗菌、抗病毒、防細菌、

D.脫臭、除臭、空氣凈化等等。

1.凈化 對甲醛、苯、氨氣、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等影響從類身體健康的有害有 機物起到凈化作用。
2.殺菌 超強的氧化能力能造成細胞死亡，降低病毒的活性，并且捕捉、分解空氣中的浮游細菌。有效除去大腸桿菌、黃葡萄球菌、白癬菌、徽菌、化膿菌、綠膿菌等細菌，抑制如腸病毒、流行性感冒、濾過性病毒等病原的傳播。
3.除臭 比臭氧（O3）、負離子，有著更強的氧化能力，可強力分解臭源。脫臭能力相當于個活性碳冰箱除臭劑，比活性碳有更強的吸附力，且具有活性碳所沒有的分解細菌功能。吸入二手煙比直接吸煙罹患癌癥的機率高好幾倍。sunti光觸媒可以有效分解香煙燃燒中致癌萬分物質，如硫化氫、二氧化硫等。讓拒吸二手煙的人士有一個健康的生活空間，給沿在發育中的小孩，提供一個更良好的成長環境。
4.防污 防止油污、灰塵等產生。對浴室中的霉菌、水銹、便器的黃堿及鐵銹和涂染面褪色等 現象同樣具有防止其產生的功效。
5.自凈 具有水污染的凈化及水中有機有害物質的凈化功能，且表面具有超親水性，將讓污垢不易附著，有防霧、易 洗、易干的效能。因此建筑體外觀施工后也能常保潔凈。



殺菌、抗菌
最近、病原性大腸菌0-157及愛滋（RW），更嚴重的還有家畜之口蹄疫等醫療方面，由細菌及病毒所感染之流行性傳染病問題頗受重規。不久前為止、WHO剛做要使結核病逐減并要減少天然痘等等之呼吁。醫療研究之范圍的確跟不上時代。然而，交通工具發達導致人們之移動廣范圍增加之今日， 再度使人類感覺到傳染病之恐怖威脅。還有MRSA（Methycyline 耐性黃色葡萄球菌）之類細菌雖然對健康之正常人幾乎沒有影響，但對抵抗力不足的病人或老會引起感染癥，而且連抗生素也無效，甚至于感受到死亡之威協之院內感染問題，迄今尚未解決。 能對付這處問題之觸媒反應成了醫學界及產業界之注目焦點。觀察細菌與病毒之性質，并非從開始就在該處大量聚集，后以某種方法從別處移動過來的，該處一定是適合繁殖之場所，做倍數增殖。光觸媒開始會大量分解之物質不一定，但經研究觀察結果可確定其對于最初少量慢慢增殖之物可發揮極大之效果。


脫臭
在一般生活環境中可以確知在水之周圍有污物與惡臭物之處、與細菌之活動有密切之關系。例如以浴室之污物為例污垢與肥皂這殘渣為脂肪酸與蛋白質之有機化合物。放置后變成親菌之營養源而促進繁殖，而在墻壁及地板亦會產生濕滑現象，光觸媒之作用亦能防止濕滑。而在便所之惡臭系源至親菌將尿素分解成 氨氧之故。
為此、科學家開發了以光觸媒制成之衛生陶器并予以實用化。關于光觸媒應用于便所與浴池為基礎實績， 開始導入JR新干線。而且、目前在東京都內之計程車已完成涂裝施工者有10，000臺以上、道路之到處均可看見。