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菌分解而達到抗菌效果的。由于納米二氧化鈦的電子結(jié)構(gòu)特點為一個滿 TiO2的價帶和一個空的導(dǎo)帶，在水和空氣的體系中，納米二氧化鈦在陽光尤其是在紫外線的照射下，當電子能量達到或超過其帶隙能時。電子就可從價帶激發(fā)到導(dǎo)帶，同時在價帶產(chǎn)生相應(yīng)的空穴，即生成電子、空穴對，在電場的作用下，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)有機物反應(yīng)(氧化) 。同時能與細菌內(nèi)的有機物反應(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有很強的氧化能力，攻擊有機物的不飽和鍵或抽取H原子產(chǎn)生新自由基，激發(fā)鏈式反應(yīng)，最終致使細菌分解。
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，但其到達材料表面的時間在微秒級以上，極易發(fā)生復(fù)合，很難發(fā)揮抗菌效果，而達到納米級分散程度的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、甚至飛秒的時間，光生電子與空穴的復(fù)合則在納秒量級，能很快遷移到表面，攻擊細菌有機體，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TiO2可徹底地殺死惡性海拉細胞，而且隨著超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，TiO2光催化殺死癌細胞的效率也提高；用TiO2光催化氧化深度處理自來水，可大大減少水中的細菌數(shù)，飲用后無致突變作用，達到安全飲用水的標準。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)生間等細菌密集、易繁殖的場所，可有效殺死大腸桿菌、黃色葡萄糖菌等有害細菌，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：對人體安全無毒，對皮膚無刺激性；抗菌能力強，抗菌范圍廣；無臭味、怪味，氣味��；耐水洗，儲存期長；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，與皮膚接觸無不良影響。
