二氧化鈦在陶瓷中竟有這種妙用

　　在眾多光催化劑中，TiO2半導(dǎo)體催化劑由于具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、安全無(wú)毒、光催化活性高和制備成本低等特性而被廣泛應(yīng)用，是一種理想的光催化自清潔陶瓷制備原料。

二氧化鈦的性質(zhì)

      TiO2主要有三種晶型轉(zhuǎn)變形式，分別為銳鈦礦相、金紅石相和板鈦礦相，銳鈦礦相二氧化鈦和板鈦礦相TiO2均屬于亞穩(wěn)定相，相對(duì)來(lái)說(shuō)金紅石相TiO2是比較穩(wěn)定的存在狀態(tài)，在實(shí)際應(yīng)用中銳鈦礦相和金紅石相TiO2應(yīng)用比較廣泛，而銳鈦礦相TiO2通常在610~915°C會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石相，金紅石相TiO2的綜合性能均優(yōu)于銳鈦礦相。

       TiO2的化學(xué)性質(zhì)也很穩(wěn)定，TiO2是一種兩性氧化物，它在一定的環(huán)境條件下既可以發(fā)生氧化反應(yīng)也可以發(fā)生還原反應(yīng)，這點(diǎn)對(duì)于光催化反應(yīng)來(lái)說(shuō)具有很大的潛在研究?jī)?yōu)勢(shì)，作為光催化劑它既可以氧化環(huán)境中的有機(jī)污染物，也可以還原重金屬，所以在光催化領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。

二氧化鈦的光催化機(jī)理

       TiO2的光催化機(jī)理如下面的簡(jiǎn)易圖所示，光照射在TiO2表面，當(dāng)這個(gè)能量大于等于TiO2的帶隙能時(shí)，則半導(dǎo)體TiO2受到光激發(fā)，價(jià)帶上的電子受到激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶上，在價(jià)帶留下一個(gè)光生空穴，這樣就使得光生電子和空穴發(fā)生分離，導(dǎo)帶上的光生電子是良好的還原劑，價(jià)帶上的空穴是良好的氧化劑，從而在導(dǎo)帶上將發(fā)生還原反應(yīng)，最終還原生成超氧負(fù)離子（O2-），價(jià)帶上將發(fā)生氧化反應(yīng)，最終氧化生成羥基自由基（OH）。但是發(fā)生光催化反應(yīng)時(shí)光生電子和空穴會(huì)發(fā)生重組，這在很大程度上就阻礙了光催化反應(yīng)的有效進(jìn)行，因此如何有效的抑制光生電子和空穴重組也是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　光催化機(jī)理示意圖

制備工藝

　　目前，TiO2光催化陶瓷的制備方法一般是將TiO2光催化劑或以TiO2為主的光催化劑以噴、涂、鍍等方式覆膜于陶瓷表面上，再通過(guò)二次熱處理制備而成的。其中，最常用的是TiO2溶膠涂膜的方法。這些噴、涂、鍍覆膜的熱處理溫度一般低于800℃，目的是使得TiO2以具有較強(qiáng)光催化能力的銳鈦礦相存在于覆膜中。

　　但正是由于熱處理溫度較低，且沒(méi)有高溫液相出現(xiàn)，使得玻璃或陶瓷表面上的光催化涂層的附著性能較差，在使用過(guò)程中容易磨損、脫落，使得光催化能力降低。提高熱處理溫度，增加光催化涂層和基材之間的附著力是提高其耐磨性和使用壽命的有效方法。但具有較高光催化性能的銳鈦礦相TiO2是亞穩(wěn)定相，在高溫?zé)崽幚硐聵O易不可逆地轉(zhuǎn)換為光催化能力較弱的金紅石相，解決這一矛盾是制備TiO2光催化陶瓷的關(guān)鍵。

總結(jié)

　　抗菌陶瓷近些年來(lái)迅速的占領(lǐng)市場(chǎng)并得到了人們的廣泛關(guān)注，一方面是由于社會(huì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，對(duì)生活環(huán)境的要求隨之提高，另一方面更是由于材料科學(xué)技術(shù)方法的進(jìn)步，很多學(xué)者投入到此項(xiàng)研究中，為抗菌陶瓷領(lǐng)域的發(fā)展作出了很大的貢獻(xiàn)。

　　通過(guò)這些研究，TiO2以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)脫穎而出，對(duì)TiO2進(jìn)行大量改性研究最終發(fā)現(xiàn)納米級(jí)鈦系材料均具有良好的抗菌特性，也因此代表了未來(lái)抗菌陶瓷的發(fā)展方向。

　　不過(guò)雖然納米鈦系材料在抗菌應(yīng)用方面表現(xiàn)突出，但是它也具有耐高溫性能差、光催化方面對(duì)光的要求高等缺點(diǎn)，因此還需要進(jìn)一步的研究和強(qiáng)化性能，才能解決納米鈦系材料在抗菌陶瓷應(yīng)用方面的缺陷，從而推動(dòng)抗菌陶瓷領(lǐng)域的發(fā)展。