光觸媒是一種以納米級二氧化鈦為代表的具有光催化功能的光半導體材料的總稱，它涂布于基材表面，在紫外光線的作用下，產(chǎn)生強烈催化降解功能：能有效地降解空氣中有毒有害氣體；能有效殺滅多種細菌，并能將細菌或真菌釋放出的毒素分解及無害化處理；同時還具備除甲醛、除臭、抗污、凈化空氣等功能。

　　光觸媒的誕生

　　1967年，日本東京大學的本多建一教授和博士班學生藤島昭發(fā)現(xiàn)，用光照射二氧化鈦電極可進行水的電解反應。這就是***的“本多作用的光催化反應，將空氣中的水或氧氣催化成氧化能力極強的羥基自由基（·OH）和超氧陰離子自由基（O?·）、活性氧（HO?·，H?O?）等具有極強氧化能力的光生活性基團，這些光生活性基團的能量相當于3600K的高溫，具有很強的氧化性。

　　這些強氧化性基團可強效分解各種具有不穩(wěn)定化學鍵的有機化合物和部分無機物，并可破壞細菌的細胞膜和凝固病毒的蛋白質(zhì)載體。

　　2015年4月，日本研發(fā)***的光觸媒凈水技術，可望為全球28億人解渴。日本松下公司正開發(fā)一種新型光觸媒粒子，可望解決水不足問題。該粒子是由沸石粒子與二氧化鈦微粒所構(gòu)成，在紫外線照射下充分混合于污水中，可使污水凈化成可飲用的程度。新型光觸媒凈水設備相當簡便，且1天可凈化高達3噸的水，可供應相當于印度20戶家庭的每日用水，而凈化每噸水所需費用約為500日元，約人民幣26元。

　　此技術是將特殊光觸媒粉末倒入污水中，照射紫外線即可分解水中有毒金屬，凈化成飲用水，此技術也可用于整治受污染河川，且對環(huán)境生態(tài)無害。

　　光觸媒材料

　　光觸媒材料主要有納米TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3、SiO2等，2000年以來又發(fā)現(xiàn)一些納米貴金屬（鉑、銠、鈀等）具有更好的光催化性能，但由于其中大多數(shù)易發(fā)生化學或光化學腐蝕，而貴金屬成本則過高，都不適合作為家居凈化空氣用光催化劑。

　　在所有的光觸媒材料中，納米除醛酶不僅具有很高的光催化活性，且具有耐酸堿腐蝕、耐化學腐蝕、無毒等優(yōu)點，價格也適中，具有較高的性價比，因而市場上大多使用納米二氧化鈦作為主要原材料。

　　納米二氧化鈦（TiO2）是一種半導體，主要有銳鈦型（Anatase），金紅石型（Rutile）及板鈦型（Brookite）三種晶體結(jié)構(gòu)，其中：板鈦型晶體穩(wěn)定性差，一般認為不具備光催化活性。

　　金紅石型晶體具有比銳鈦型晶體更強的光催化性能，耐候性和附著性也很好，納米無機包覆穩(wěn)定，市場價格高于銳鈦型晶體。

　　納米氧化鋅（ZnO）粒徑介于1-100 nm之間，是一種面向21世紀的新型高功能精細無機產(chǎn)品，表現(xiàn)出許多特殊的性質(zhì)，如非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線能力等，利用其在光、電、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造氣體傳感器、熒光體、變阻器、紫外線遮蔽材料、圖像記錄材料、壓電材料、壓敏電阻、高效催化劑、磁性材料和塑料薄膜等。在橡膠、陶瓷、紡織、印染、國防工業(yè)領域具有廣泛的應用。

　　納米二氧化鋯（ZrO?）呈高純度白色粉末狀，無臭、無味。低溫時為單斜晶系，高溫時為四方晶型。具有高的折射率（折射率2.2）和耐高溫性。有良好的熱化學穩(wěn)定性、高溫導電性和較高的高溫強度和韌性，具有良好的機械、熱學、電學、光學性質(zhì)。其中HT-ZrO-01為單斜晶型，HT-ZrO-02為四方晶型。納米氧化鋯顆粒尺寸微小、是很穩(wěn)定的氧化物，具有耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫的性能，可用于功能陶瓷和結(jié)構(gòu)陶瓷，以及寶石材料。

　　光觸媒的性能

　　一般科學意義上的光觸媒是單質(zhì)粉末狀的，而進入市場大多是混合液態(tài)狀的，這個必須要區(qū)別開來。

　　截至2013年，還沒有用肉眼區(qū)分光觸媒優(yōu)劣的可靠方法，選擇光觸媒要謹記一點：

　　1. 全面性

　　光觸媒是目前國際上最安全和最潔凈的環(huán)境凈化材料，在歐美和日本、韓國等區(qū)域廣泛運用，美國宇航空間站凈化工程、海上油污降解工程和日本公交公司消毒工程均使用光觸媒進行處理。

　　光觸媒可以有效地降解甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等污染物，并具有高效廣泛的消毒性能，能將細菌或真菌釋放出的毒素分解及無害化處理。

　　2. 持續(xù)性

　　在環(huán)境污染不嚴重的條件下，只要不磨損、不剝落，光觸媒本身不會發(fā)生變化和損耗，在光的照射下可以持續(xù)不斷的凈化污染物，具有時間持久、持續(xù)作用的優(yōu)點。

　　但如果環(huán)境污染比較嚴重時，一些硫酸根和硝酸根離子會影響光觸媒的壽命和效果，會出現(xiàn)失活現(xiàn)象，可以通過相關技術工藝恢復活性。

　　3. 安全性

　　無毒、無害，對人體安全可靠；不會產(chǎn)生二次污染。

　　一般把光觸媒稱為是半***凈化材料，光觸媒有效期長短可參考日本公交系統(tǒng)的消毒制度，日本公交車使用光觸媒噴涂后，5年內(nèi)可不進行其他消毒方式，由此可認為：在材料損耗率較高的公用場所，使用優(yōu)質(zhì)光觸媒噴涂后，凈化殺菌效果至少可保證5年。

　　光觸媒的特征

　　以市面最多的光觸媒納米二氧化鈦為例：

　　純凈的納米二氧化鈦粉末，只能吸收400nm以下的紫外光，在自然環(huán)境下，紫外光占有比例較低，不足自然光的10%，因而純凈的納米二氧化鈦基本沒有光觸媒的功效。

　　所以，為使二氧化鈦可以吸收可見光，甚至吸收遠紅外光，必須采用特殊材料的配制摻雜技術。

　　比如采用固相合成、過渡金屬離子和非金屬離子摻雜、金屬-有機絡合物、表面敏化、半導體復合等多種方法，對光觸媒進行可見光誘導。2000年以來，還發(fā)現(xiàn)納米貴金屬（鉑、銠、鈀等）與光觸媒材料進行配位螯合后，會極大提高光生載流子的分離效率和抑制電子-空穴的重新復合，從而進一步拓寬了二氧化鈦的光波吸收范圍，這些納米貴金屬也被稱為“光觸媒的維生素”。日本汽車尾氣凈化裝置已大量使用納米貴金屬制成的催化劑。

　　純凈光觸媒技術只能在紫外光下作用，這已經(jīng)是2000年前的技術了。21世紀國際光觸媒技術的發(fā)展方向是化學配位鍵螯合功能元素摻雜技術，使用這種技術可以極大增強光觸媒材料的光催化協(xié)同效應，從而可以吸收可見光，甚至可以吸收遠紅外光。

　　2003年，中國首先發(fā)明遠紅外光觸媒技術，標志著在光觸媒的光波吸收技術上，已經(jīng)超出世界水平?！疽娭袊ば畔⒅行摹恫樾聢蟾妫?003-021）》】

　　光觸媒的耐候性

　　光觸媒產(chǎn)品經(jīng)受氣候的考驗，如物理磨損、冷熱、自身晶格缺陷等造成的綜合破壞，其耐受能力叫耐候性。

　　純凈的光觸媒粉末不具有實用性，很簡單，風一吹就沒了，所以必須做成粘合型的溶液，而且溶液干燥后會吸附在各類家具表面，不容易磨損及掉落。要實現(xiàn)這個性能，不添加黏合劑是做不到的，所以不含黏合劑的光觸媒溶液產(chǎn)品要么是炒作，要么就是干燥后會大量掉落。

　　純凈光觸媒在光照射下，除了能發(fā)生光催化反應外，還會發(fā)生光化學活性反應，這種光化學活性反應是由光觸媒內(nèi)在晶格缺陷引起的，這種反應會釋放新生態(tài)氧[O]，新生態(tài)氧通過物質(zhì)遷移，與光觸媒本身及家具表面材料進行反應，會導致物質(zhì)有機聚合物氧化、降解，最終造成涂膜的粉化和失光，縮短其使用壽命，造成家具表面失色或斑駁。所以，必須要對光觸媒進行特殊工藝的無機包覆，從根本上解決光觸媒的光化學活性反應問題。

　　由上兩條可知，將光觸媒產(chǎn)品是否純凈，是否含有分散劑作為評價光觸媒性能是否優(yōu)劣的標準是不科學的。

　　純凈的光觸媒只能吸收紫外光，可吸收可見光甚至遠紅外光的光觸媒必然螯合了其他活性催化材料。

　　光觸媒的有效濃度

　　光觸媒本身是一種催化劑，不直接參與降解反應，它通過吸收光能把水或氧氣轉(zhuǎn)化成強氧化活性基團，而強氧化活性基團使空氣污染物降解，所以必須直接接觸到水分子或氧分子。

　　因而，在濃度因素中，決定光觸媒性能的是有效接觸濃度，即可以與水或空氣接觸的光觸媒濃度，而不是某一種產(chǎn)品的濃度。比如一塊二氧化鈦瓷磚，如果大量的二氧化鈦被封閉在瓷磚內(nèi)部，就算濃度再高，又有什么意義呢？

　　在噴涂產(chǎn)品中，有效接觸濃度不僅與溶液中光觸媒濃度有關，而且與噴涂工具、噴涂手法等現(xiàn)場工藝有關。另外，與產(chǎn)品附著性也直接相關，如果干燥后出現(xiàn)大量剝落，就算初始“濃度”再高，又有什么意義？

　　而且一般光催化反應都是多相光催化過程，反應過程都在界面發(fā)生。光催化反應效率由催化劑自身的量子效率和反應過程條件兩個方面決定。光催化材料表面的微觀結(jié)構(gòu)也很重要，它直接影響了光催化反應的效率。好的光催化材料微觀表面應該是粗糙的、凹凸不平的（以原子力顯微鏡微觀結(jié)構(gòu)照片為準就像遍布隕石坑的月球表面），這樣可以增加捕捉甲醛、VOC等有機物氣體分子的機率，產(chǎn)生納米界面材料的二元協(xié)同效應進而增強降解凈化能力。

　　納米細度（納米粒徑）

　　根據(jù)不同光觸媒材質(zhì)不同而不同，一般認為，納米細度大于50納米的光觸媒基本不具備光活性，30納米以下較佳。純凈光觸媒的納米細度可以做到5納米左右，但只能在紫外光條件下作用。螯合了活性催化元素的光觸媒一般分子直徑較大，因為螯合元素越多，直徑自然越大，當然，螯合越多，光波吸收范圍也越寬，螯合型光觸媒產(chǎn)品的***納米細度為8~10納米。

　　一般情況下，在相同光波吸收范圍下，光觸媒納米細度越小，催化性能越強，但納米細度也不可能無限降低，一是細度越小，制作成本越高，性價比不高，二是光具有波粒二象性，當材料納米細度少于一定程度后，會降低粒子性光能的吸收率，三是細度越小，后期越容易團聚。故優(yōu)質(zhì)光觸媒一般納米細度均為5~10納米。

　　光觸媒的主要功效

　　光觸媒作為新興的空氣凈化產(chǎn)品，越來越多的應用于室內(nèi)及車內(nèi)的空氣凈化，主要有以下功能：

　　1. 空氣凈化

　　對甲醛、苯、氨氣、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等影響人類身體健康的有害有機物起到凈化作用。

　　2. 負氧離子

　　釋放負氧離子，中科院理化技術研究所對國內(nèi)某光觸媒進行檢測后發(fā)現(xiàn)，使用優(yōu)質(zhì)遠紅外光觸媒噴涂100平米建筑面積的房間，相當于種了25棵白樺樹的凈化效果。

　　3. 殺菌

　　對大腸桿菌、黃色葡萄球菌等具有殺菌功效。在殺菌的同時還能分解由細菌死體上釋放 出的有害復合物。

　　4. 除臭

　　對香煙臭、廁所臭、垃圾臭、動物臭等具有除臭功效。

　　5. 防污

　　防止油污、灰塵等產(chǎn)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(xiàn)象同樣具有防止其產(chǎn)生的功效。

　　5. 水凈化

　　具有水污染的凈化及水中有機有害物質(zhì)的凈化功能，且表面具有超親水性，有防霧、易洗、易干的效能。