環保新尖兵—二氧化鈦光觸媒之簡介
國立臺灣大學環境工程學研究所楊政憲
前言
科技日新月異，人人追求著高品質的生活方式，但卻也帶來了一連串的環境污染問題。在環保意識抬頭的今日，我們不僅意識到要有高品質的生活環境，更重要的是如何使環境得以永續發展。近年來新研發的光觸媒 (photocatalysts)技術，是一種透過光產生化學作用，可將有害化學物質分解，得以淨化環境並防止污染。光觸媒是一種必須受到光照才能產生作用的觸媒，其吸收光能後形成高能量狀態，再將能量傳遞給反應物而觸發反應發生。光觸媒所需之能量為光能，而光能與波長成反比，計算方式如下:
環保新尖兵—二氧化鈦光催化反應及應用
國立臺灣大學環境工程學研究所 楊政憲
二氧化鈦的光催化反應
二氧化鈦 (Titanium dioxide, TiO2)在適當波長之光照射後，其物理結構中價電帶 (valence band)的電子會被激發至導電帶 (conduction band)，形成自由電子 (electron, e– )，價電帶的電子受激發脫離後，將形成電洞 (electron hole, h+)，使原子電荷達到平衡。當二氧化鈦表面的電子 (TiO2( ))與污染物 (Mn+)發生光還原反應，使之還原成價數較低的狀態 (M(n-m)+, n：污染物之價數；n-m：表示經過m次分解後污染物之價數)，其反應機制如下 [1]：
此時，二氧化鈦表面的電洞 (TiO2( ))可將有機污染物分解產生中間產物、二氧化碳與水，其反應機制如下：
其中，S為有機物質 (organic substrate)；I為有機中間體 (organic intermediate)，有機中間體可以繼續與二氧化鈦反應分解。
另一方面，塗佈二氧化鈦之材料表面電子會與表面吸附的氧氣結合，發生還原反應；而表面的電洞將與水中之氫氧根離子發生氧化反應，光觸媒就是利用這些反應產生的強氧化還原劑進行氧化還原反應，促使化合物分解 [2]，其反應機制如下圖所示：
二氧化鈦光觸媒之應用
1.去除廢水中之有毒物質
二氧化鈦可用來降解廢水，因此可將二氧化鈦固定在玻璃、陶瓷或金屬表面上，將含有毒化物質之工業廢水通過表層鍍有二氧化鈦之材料進行降解反應。除此之外，在生活中常見的光觸媒裝置如濾水器、飲用水淨化裝置、超純水製造裝置、染料脫色處理系統等，近年來則致力於新興污染物淨化系統裝置開發與研究。
二氧化鈦（Titanium dioxide）
國立台灣師範大學化學系方成瑋碩士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯
二氧化鈦（Titanium dioxide）又名氧化鈦或鈦白，俗稱鈦白粉。二氧化鈦在大自然中存在於有名的礦石中如金紅石、銳鈦礦和板鈦礦，且近來在巴伐利亞里斯隕石坑發現兩個高壓形式，類單斜鋯石形式與類α-PbO2形式。在相平衡的所有溫度當中最常見晶型是金紅石。亞穩銳鈦礦和板鈦礦都經加熱轉化為金紅石。金紅石與銳鈦礦和板鈦礦都以鈦的六配位型式存在著。