1、什麼是光觸媒觸媒 催化劑,或俗稱觸媒,是種化學物質其本身能降低化學反應所需要的能量 (活化能), 而促使化學反應的發生或加速反應的速率，但 觸媒自己卻不發生變化，不會減少；這種使反應發生或是加速反應速度的效應就稱為催化光觸媒而光觸媒(Photo catalysis) 則是在光源照射下利用特定波長光源的能量來產生催化的作用，使周圍之氧氣及水分子激發成極具活性的 OH- 及 O2- 自由離子基，這些氧化力極強的自由基幾乎可分解所有對人體或環境有害的有機物質及部分無機物質，光催化反應可以用下圖簡要的來說明光觸媒材料 可用來作為光觸媒的化合物有 TiO2，ZnO，Nb 2O5，WO 3，SnO 2，Z
2、rO 2 等氧化物及CdS，ZnS 等硫化物，但其中二氧化鈦(Titanium Dioxide，TiO2)因為期具有強大的氧化還原能力，化學穩定度高及無毒的特性，而最常被使用來做為光催化劑或實驗的物 質。TiO2 為 N 型半導體，其在分子的結構中屬閃鋅晶格，其中鈦原子具有個電子，利用外圍 3d 軌域的個價電子與氧原子形成共價鍵 (Covalent Bond)。在自然界中，二氧化鈦以銳鈦礦(Anatase) 、金紅石 (Rutile)及板鈦礦 (Brookite)三種結晶組態存在。其中最常見及最廣泛使用的是前面兩種組態，後者則極為罕見。用來作為光觸媒材料的二氧化鈦為銳鈦礦結晶或銳鈦礦與金紅石的
3、混合結晶；而一般廣泛被使用來作 為工業顏料的鈦白粉則為金紅石結晶。這兩種不同用途的 TiO2 的比較如下表所示光催化級 顏料級顆粒粒徑, nm (10-9 m)0.520 210比表面積, cm2/g 200 8密度, cm3/g 3.9 4.2註：奈米(nm)=10 -9m 當物分散成很微小顆粒時(奈米級)，可以發揮強大之功效。光觸媒的反應機制當波長在 400nm 以下之紫外線照射在超微粒 TiO2 時，在價電子帶 (valence band, VB)的電子(e -)被紫外線之能量(3ev)所激發跳升到傳導帶(conduction band, CB)，此時在價電子帶便會產生帶正電之正孔 (h
4、ole),而形成一組電子- 電洞對。 二氧化鈦則利用所產生的電洞之氧化力及電子的還原力和表面接觸的 H2O，O 2 發生作用，產生氧化力極強之自由基 O-， O2-，O 3-， O 及 OH-，而進行殺菌、除臭、分解有機物等作用。可將碳氧化合物分解成二氧化碳和水。光觸媒之功能殺菌 自由離子基會破壞細菌之細胞膜，使細胞質流失，進而將細胞核氧化而殺死細菌， 實驗資料證明對葡萄球菌、大腸菌、霉菌等有效。 除臭氨氣：醫院、老人介護中心、廁所、養豬舍乙醛：小汽車內、戲院、小鋼珠、遊樂場等一氧化碳：小客車、使用暖氣石油爐苯乙烯、丙烯、乙烯等：石化產品、青果倉庫、塑膠加工廠臭味甲硫醇、硫化氫：下水道、養雞廠
5、 自淨化 廁所地板、便斗中頑垢、尿石之分解；廚房油污之分解、香煙、焦油之分解等。 親水性 可破壞、分散水滴之形成，使表面不結水滴、不結霧。 光催化材料由於具備此四大功能，已成為 21 世紀居家環境淨化、空氣處理、水處理方面，與生活品質改善不可或缺之產品。光觸媒之產品應用空氣淨化 空氣清淨機、壁紙、窗簾、油漆、冷氣機過濾網、空調箱除臭、淨化磁磚、衛浴設備、水泥、水泥板、外牆磚、玻璃殺菌 毛巾、敷布、蓋被除霧鏡子、膠片水處理水族箱、光觸媒石礫、水處理級添加劑這些只是最近發展出來的一部份, 將有更多光觸媒民生用品在市場上出現。光觸媒的安全性二氧化鈦光催化在紫外線照射下，產生的自由基移動範圍僅一奈米
6、(nm)，反應時間僅短至一奈秒 (ns)，實驗證明對人畜無害，亦無任何負作用，而且二氧化鈦本身化學穩定性非常 高 ， 美國食品藥物管理局亦准許白色口香糖、甚至巧克力中添加二氧化鈦,其他如油 漆、塑膠、印刷油墨、紙、化學纖維、輪胎 ，最近流行的去紫外線化妝品或衣料中都 添加有二氧化鈦微粒。光觸媒科技在世界各國之發展光催化在民生方面的應用研究約在 10 年前才開始萌芽,逐漸有成果出來亦是最近 5 年內的事,屬於新材料科技：日本著重在居住空間之殺菌、淨化等應用，以居家微弱光源即可發生作用，故在民生用品領域領先世界，專利最多。另外，在屋外大氣處理如高速公路 NOx 去除之研究亦頗有成果。歐美著重在受污染地下水中致癌物去除，下水道廢水處理、港灣廢油處理、大氣污染處 理等。目前有關專利全世界已超過 1000 件，並持續增加中。台灣除了少許大學如台灣大學、工研院等研究機構著手研究外,應用上之發展尚付闕如。日本在這方面的技術移轉也尚未進行。
