認識奈米光觸媒及應用 黃文玉 南區奈米科技 K12 種子教師

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1 認識奈米光觸媒及應用 黃文玉 南區奈米科技 K12 種子教師 wenyu@mail.shsps.kh.edu.tw

2 光觸媒是什麼？  光觸媒是最常被應用的奈米商品，它是一種物質， 受到光的激發便能做為催化劑。  目前最常用的材料是俗名鈦白粉的二氧化鈦 (TiO 2 ) ，它能經由氧化還原反應將污染物轉成無 污染物。  光觸媒要在照光的環境下，吸收足夠的能量，才 會產生催化作用，以刺激化學反應進行。基本上 在黑暗中，光觸媒是不會作用的。

3 光觸媒的反應機制  為什麼光觸媒照光後會產生化學反應呢 ? 這與光觸媒半導體能帶構造有關，因為半 導體有一特殊的能帶結構，如下圖所示

4 光觸媒的反應機制  當一個半導體奈米粒子 ( 如 TiO 2 ) 受到大於 其能隙寬度的光照射下，在價帶上的電 子受到激發躍遷到傳導帶上，而產生電 子電洞對，電子本身具有還原性，電洞 具有氧化性，則電洞可和粒子表面的 OH - 反應生成氧化性很高的 OH 自由基， OH 自由基便可與其他的難以分解有機物反 應而生成無機的 CO 2 和 H 2 O 。

5 奈米光觸媒的應用  抗菌  超強氧化力, 降低病毒活性, 分解細菌  脫臭  比臭氧 (O 3 ) 、負離子，具更強的氧化 能力，並強力分解臭源 ( 氨及硫化鋅 等 )  大氣淨化  除去 NO X 及 SO X 等有害物質  淨水  吸附水中的重金屬離子  防污  超親水特性，將讓灰塵污垢不易附著

6 奈米材料的應用－食  大陸葵花籽包裝、歐洲的啤酒瓶、美國的 果汁瓶，在食品包裝上添加了奈米顆粒， 可增加分子間的緻密程度，使得氧氣不易 進出，提高阻擋氧氣能力，因食品保存最 怕氧氣，容易孳生細菌。因此可以延長保 存期限。  影片：奈米奶粉 奈米奶粉

7 奈米材料的應用－衣  纖維是製衣必備的材料，原本變化性不大，但是 奈米帶給纖維多樣變化與嶄新風貌。  「二氧化鈦、奈米銀、奈米鋅 」加入纖維時，可消除惱人的異 味並防止病菌孳長。  遠紅外線（氧化鋯）纖維做成的衣服，可以輕輕鬆鬆地保暖。  當奈米的材料硬到某一個程度的時候，把它放到纖維裡面，讓 纖維的強力提昇 。（防彈背心）  利用奈米化的紫外光吸收無機材料（如二氧化鈦及氧化鋅）與 纖維混紡時，微量添加下即有良好的紫外線遮蔽效應，成為夏 日防曬的良好織物材料。  具有特殊超疏水性，又因纖維之間有一定間距，使水氣易蒸發， 故成為可排汗但可擋雨的新織物。  影片：奈米衣、奈米鞋、奈米襪 奈米衣奈米鞋奈米衣奈米鞋

8 奈米材料的應用－住  在陶瓷表面覆蓋具有抗菌能力的奈米細釉藥，製 造出不沾污垢、抗菌的衛浴設備。  結合光觸媒的空氣清淨機、冷氣機、，可使室內 空氣淨化，消除菸味或臭味，使我們有清新怡人 的空氣可以呼吸。  利用光觸媒製成的濾水器或污水處理器，可分解 水中的有害物質，增加飲用水的安全，並減少有 害物質的排放  建築物外觀（瓷磚、玻璃、塗料的「自潔功能」 及「殺菌功能」）  影片：奈米馬桶、奈米冷氣、奈米冰箱 奈米馬桶奈米冷氣奈米冰箱奈米馬桶奈米冷氣奈米冰箱

9 奈米材料的應用－行  未來汽車、飛機的重量會更輕、更省電、 也更環保  太陽能電動車  可待機數百小時的行動電話  不只室內，日本高速公路圍牆表面塗上光 觸媒，有效分解空氣中的硝化物、硫化物， 減少空氣污染  廣告影片：奈米機車（塗料） 奈米機車

10 其他  奈米膠囊 奈米膠囊  進行手術免開刀  奈米光碟片 奈米光碟片  容量有數百 GB  奈米螢幕 奈米螢幕  薄像一張紙  奈米網球  永不洩氣  奈米飛機  雷達偵測不到

11 奈米的另一省思  消基會調查：市售光觸媒商品 5 成 6 抗菌 力不足（ 2004/11/05 ）  建立認證制度  奈米百利無一害嗎？  奈米尺寸的材料（如最常用的光觸媒材料 TiO2) 如果被人吸入是否會造成肺部的破 壞？？？

12  The End