【關鍵詞】領域，建材，應用，分析，納米，如何，TiO2，涂料，玻璃，氧

TiO2屬于一種n型半導體材料，它的禁帶寬度為3.2ev (銳鈦礦)，當它受到波長小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射時，價帶的電子就會獲得光子的能量而躍遷至導帶，形成光生電子(e-);而價帶中則相應地形成光生空穴(h+)，如圖1所示。TiO2表面的光生電子e-易被水中溶解氧等氧化性物質所捕獲，而空穴h+則可氧化吸附于TiO2表面的有機物或先把吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成·OH自由基，·OH自由基具有402.8MJ/mol反應能，可破壞有機物中C-C、C-H、C-N、C-O、NH鍵，因而具有高效分解有機物的能力，有殺菌、除臭、光催化降解有機污染物的功能。 二、納米TiO2光觸媒的特點 納米TiO2具有較高的光催化反應活性，吸附能力也較強，可與污染物更充分地接觸，將它們極大限度地吸附在粒子表面。主要特點有:(1)作用廣譜，在光觸媒反應過程中，不僅能破壞生物因子，也能破壞各種有機化學物質;(2)在光觸媒反應過程中，二氧化鈦不參與反應，只起催化媒介作用，其本身并不隨時間延長而消耗，因此使用壽命持久;(3)經過納米技術工藝處理的觸媒，可在含有微弱紫外線的燈光、自然光、陽光等多種光源下發揮作用;(4)完全無害，由于納米二氧化鈦本身不釋放出有害物質且本身不參與反應，在反應過程中將所作用的物質完全氧化成無害的二氧化碳和水等無害物質，因此光觸媒作用對環境完全無害。 三、納米TiO2光觸媒在建材領域中的應用 (一)光觸媒涂料 1.抗菌涂料 近年來，隨著人們環保意識的加強，綠色涂料已成為涂料行業發展的主流，水性涂料作為其主要品種也得到了長足的發展。但其防霉、防菌問題較為突出，如在貯存過程中生霉、長菌使得涂料的品質降低，在施涂后膜層生霉、長菌則使得涂層老化、外觀污損，甚至開裂、剝落，使涂料喪失原有的保護和裝飾功能。 納米TiO2在光催化作用下具有分解病原菌和毒素的功能，它作為一種新型助劑應用于殺菌涂料中，賦予了制品持久、長效的抗菌、殺菌能力，是受到人們關注的新型礦物功能材料[1]。納米TiO2涂料與傳統的鈦白粉相比，克服了產品在抗菌性、廣譜性、抗藥性和耐熱加工性等方面的缺陷，具有重要的使用價值。徐瑞芬等[2]將實驗室自制的抗菌納米TiO2添加于苯-丙乳液中，經表面處理的抗菌納米TiO2在乳液中能夠均勻分散，可充分發揮納米TiO2的殺菌作用。 納米TiO2不僅具有分解病原菌的能力，還能有效分解細菌釋放出的毒素。東京大學的藤島昭授等[3]在玻璃上涂一薄層TiO2，光照射3h達到了殺死大腸桿菌的效果，毒素的含量控制在5%以下。此外，納米TiO2本身無毒、無味、對人體安全無害，可將納米TiO2抗菌涂料涂敷于醫院病房、手術室等場所的墻壁上，能很快消滅細菌，起到殺菌消毒的效果。 2.凈化空氣涂料 城市大氣中氮氧化物(NOx)及硫氧化物(SOX)的污染，已成為環保亟待解決的問題之一。研究表明，將納米TiO2配制成光催化凈化大氣環保涂料，利用TiO2光催化劑產生活性氧，并配合雨水的作用可將這些污染物變成HNO3、H2SO4而除掉。 在國外，納米TiO2光催化方面的應用得到了快速發展，日本通用汽車公司Donald Beek等研究納米TiO2除去汽車廢氣(含H2S)中硫的能力，在500℃的條件下經7h后從汽車廢氣中除去的總硫量比常規TiO2除去的量大5倍。更值得注意的是在暴露7h后，納米TiO2除出硫的速度仍相當高，也就是說用納米TiO2作為涂料助劑不僅有良好凈化空氣的效果，且使用周期長，利用價值高。 國內，利用納米TiO2制得的凈化空氣涂料也相應而生，邱星林等人[4]發現，采用有機硅樹脂與納米TiO2復合而成的光催化涂料在太陽光照射條件下，可有效的降解大氣中的NOx，反應如下: TiO2 + hv(E>Ebg)→ e- + h+ ; O2 + e- → O2- (活性氧); NO2 + OH →HNO3 ; NO + HO2 → HNO3 楊陽等[5]利用納米二氧化鈦配制水性涂料，并進行紫外光催化降解空氣中的甲醛試驗。試驗結果表明:這種低成本的納米二氧化鈦復合涂料可以有效地分解甲醛。林勁冬等[6]用Fe3+的丙酮溶液對商品銳鈦型二氧化鈦進行浸漬改性，制得Fe-TiO2光催化劑，將其加入硅酸鉀無機涂料體系中，得到一種光催化功能性建筑涂料。發現該功能涂料具有良好的可見光活性，能夠有效而持久地在普通日光燈環境下降解甲醛。 (二)自清潔玻璃 玻璃幕墻是一種美觀新穎的建筑墻體裝飾方法，能充分體現建筑師的想象力，展示建筑物的現代風格。然而在大量使用的玻璃幕墻中存在著耐污性差的問題。玻璃幕墻上所粘附的污垢種類復雜，清洗難度大，而且大量使用有機清洗劑后，易對周圍環境造成二次污染，清洗廢液的排放也是難題。因此，開發具有自清潔功能的涂層玻璃成為當前研究的重點。 納米技術賦予了自清潔玻璃的新發展，通過各種方法在玻璃表面形成納米級微粒和納米級微孔結構的半導體氧化物TiO2薄膜，就制成了“自潔”玻璃。在TiO2表面，鈦原子和鈦原子之間通過氧橋連接，這種結構是疏水性的。在紫外光的照射下TiO2表面的氧和羥基間發生置換，在其表面形成了均勻分布的納米尺度分離的親水微區和親油微區，從而使表面具有了油水雙重親和性。光照條件下，一部分橋氧脫離形成氧空位，此時空氣中的水解離并吸附在氧空位中，成為化學吸附水，即在氧空位缺陷周圍形成親水微區，而表面剩余區域仍保持親油性，這樣就在表面形成親水性和疏水性相間的微區，類似于二維的毛細管現象。由于水或油性液滴尺寸遠遠大于親水或親油區的面積，宏觀上表面表現出親水性和親油性。停止光照后，化學吸附的羥基被空氣中的氧所取代，重新回到疏水狀態。這種超親水作用在材料表面產生水膜，使得油污不能與材料表面牢固結合，從而易于清洗。這種玻璃可以利用太陽光，使附著于其上的油污等氧化分解，同時也起到殺菌除臭的作用，且污物不易聚集，防止結露并使光線充足[7]。我國武漢理工大學研制的自潔玻璃，其潤濕角小于3°，對甲醛的降解率達90%以上[8]。