纳米光催化材料有哪些应用?

一、将纳米光催化材料用于可循环利用的水体净化光催化织物网，适用于城市黑臭水体的治理，对水体中有毒有机物进行分解，除臭，增加水体含氧量，重新恢复自净化能力，黑臭水变为清水。二把光催化功能织物做成窗帘、沙发坐垫、地毯等各类纺织品，赋予其优异的降解甲醛等气体污染物、抗菌抗紫外线等功能特性，达到净化室内空气的独特效果。

光催化材料能够在太阳光的作用下有效地降解污染物，各种光催化纳米材料已被研究用于液体或气体污染物的净化，被认为是最有前途的治理途径。 但如何将这类材料回收再利用却是关键性问题。考虑到棉织物疏松多孔的结构特点及亲水、天然、广泛应用的优势，课题组以其为负载模板，成功构筑了纳米光催化织物涂层，实现了纳米光催化材料的回收再利用，并且通过纳米光催化材料的交替层层组装，大幅提高了光催化效率。

该涂层织物对液体和气体污染物均具有优异的光降解活性，在模拟太阳光下，所有的涂层织物均能有效地降解污染气体(如甲醛等)和液体污染物(如罗丹明等)，展示了优异的降解气体和液体污染物光催化活性。

为了回答这个问题，需要先补充一些概念。在半导体中，电子分布在“能带”上。在低温、不受到任何激发的时候，电子分布在“价带”上，处于基态。而受到激发（比如光激发）后电子就会吸收能量，如果吸收的能量量子（比如说光子）的能量大于半导体的带隙（或者叫禁带宽度），电子就可以跃迁到“导带”上，处于激发态，而同时由于电子的跃迁，在价带中就留下了一个空的位置，称为“空穴”。价带的最高能级与导带的最低能级之间的部分就是禁带，其能量差就是半导体的带隙，在禁带中，除非有能量陷阱，否则电子是无法在禁带中分布的。电子要么在价带分布（基态），要么在导带分布（激发态）。而在导带中的电子是一种高能量且不稳定的存在，它会设法跃迁回到基态，并在这个过程中释放出能量。如果是直接带隙半导体，则能量就可以以光子的形式辐射出来，形成发光；如果是间接带隙半导体，则发光辐射的概率就很小，能量多会以弛豫的形式释放出来。

而半导体纳米材料的光催化特性就是源自于半导体材料会吸收光能，电子跃迁到高能态上。但仅仅如此还不能产生催化的效果。纳米的尺度也是至关重要的，纳米的尺度主要为其提供了一下性质：1、为材料提供了巨大的比表面积，可以让它与被催化的物质有充分的接触面积，提高催化的效率；2、纳米尺度带来的量子限域效应，使得电子被激发起来以后，与空穴形成的“载流子对”无法被分散，相当于把能量集中在了纳米尺寸的范围之内，提高了纳米材料表面的能量密度；3、纳米材料由于巨大的表面张力的存在，表面能非常高。这些因素就使得被催化的物质不仅可以大量吸附于纳米材料之上，且当纳米材料被光激发时，能量可以很方便地被传递到被催化物上。半导体纳米材料先吸收光能，电子发生跃迁、与空穴分离，在电子跃迁回基态的过程中释放出能量，这部分能量可以有效传递给吸附于纳米材料表面的待催化物质，这样那些待催化的物质就获得了能量，称为“敏化”。被敏化以后，原本难以发生的反应就会由于获得了更高的能量而变得容易起来。这就实现了光催化。

光催化特性是半导体具有的独特性能之一。在光的照射下，半导体价带中电子跃迁至导带，从而在价带中产生空穴，导带中产生电子。空穴具有很强的氧化性，电子具有很强的还原性。空穴(h )使 H 0氧化，电子(e一)使空气中的 O2还原，最终生成 氧化性极强 的 ·OH基 团。 ·OH基 团具有极 强的 氧化性，几乎所有的有机污染物都可被其氧化分解，生成无污染 的小分子无机物。

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