納米二氧化鈦光觸媒的抗菌原理
劉濤
(上海匯精亞納米新材料有限公司)
（鳳陽(yáng)匯精納米新材料科技有限公司)
納米二氧化鈦在光催化作用下使細(xì)菌分解而達(dá)到抗菌效果的。由于納米二氧化鈦的電子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為一個(gè)滿 TiO2的價(jià)帶和一個(gè)空的導(dǎo)帶，在水和空氣的體系中，納米二氧化鈦在陽(yáng)光尤其是在紫外線的照射下，當(dāng)電子能量達(dá)到或超過(guò)其帶隙能時(shí)。電子就可從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶產(chǎn)生相應(yīng)的空穴，即生成電子、空穴對(duì)，在電場(chǎng)的作用下，電子與空穴發(fā)生分離，遷移到粒子表面的不同位置，發(fā)生一系列反應(yīng)，吸附溶解在 TiO2 表面的氧俘獲電子形成O2 ，生成的超氧化物陰離子自由基與多數(shù)有機(jī)物反應(yīng)(氧化) 。同時(shí)能與細(xì)菌內(nèi)的有機(jī)物反應(yīng)，生成 CO2和 H2O；而空穴則將吸附在TiO2表面的 OH和H2O氧化成·OH,·OH有很強(qiáng)的氧化能力，攻擊有機(jī)物的不飽和鍵或抽取H原子產(chǎn)生新自由基，激發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，最終致使細(xì)菌分解。
TiO2 的殺菌作用在于它的量子尺寸效應(yīng)，雖然鈦白粉(普通 TiO2)也有光催化作用，也能夠產(chǎn)生電子、空穴對(duì)，但其到達(dá)材料表面的時(shí)間在微秒級(jí)以上，極易發(fā)生復(fù)合，很難發(fā)揮抗菌效果，而達(dá)到納米級(jí)分散程度的TiO2，受光激發(fā)的電子、空穴從體內(nèi)遷移到表面。只需納秒、皮秒、甚至飛秒的時(shí)間，光生電子與空穴的復(fù)合則在納秒量級(jí)，能很快遷移到表面，攻擊細(xì)菌有機(jī)體，起到相應(yīng)的抗菌作用。
在紫外線作用下，以0.1mg/cm3濃度的超細(xì)TiO2可徹底地殺死惡性海拉細(xì)胞，而且隨著超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，TiO2光催化殺死癌細(xì)胞的效率也提高；用TiO2光催化氧化深度處理自來(lái)水，可大大減少水中的細(xì)菌數(shù)，飲用后無(wú)致突變作用，達(dá)到安全飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。在涂料中添加納米二氧化鈦可以制造出殺菌、防污、除臭、自潔的抗菌防污涂料，可應(yīng)用于醫(yī)院病房、手術(shù)室及家庭衛(wèi)生間等細(xì)菌密集、易繁殖的場(chǎng)所，可有效殺死大腸桿菌、黃色葡萄糖菌等有害細(xì)菌，防止感染。因此，納米二氧化鈦能凈化空氣，具有除臭功能。
納米二氧化鈦抗菌特點(diǎn)：對(duì)人體安全無(wú)毒，對(duì)皮膚無(wú)刺激性；抗菌能力強(qiáng)，抗菌范圍廣；無(wú)臭味、怪味，氣味小；耐水洗，儲(chǔ)存期長(zhǎng)；熱穩(wěn)定性好，高溫下不變色，不分解，不揮發(fā)，不變質(zhì)；即時(shí)性好，納米二氧化鈦抗菌劑僅需1h就能發(fā)揮效果；納米二氧化鈦是一種永久性維持抗菌效果的抗菌劑；具有很好的安全性，可用于食品添加劑等，與皮膚接觸無(wú)不良影響。
