奈米TiO2薄膜玻璃表面超親水性及自清潔效應

通常情況下，TiO2薄膜表面與水的接觸角約為72度，經紫外光照射後，水的接觸角在5度以下，甚至可達到0度，水滴可完全浸潤表面，顯示非常強的超親水性。
停止光照射後，表面超親水性可維持數小時到一周左右，慢慢恢復到照射前的疏水狀態。再用紫外光照射，又可表現為超親水性。即採用間歇紫外光照射就可使TiO2薄膜表面始終保持超親水狀態。
利用TiO2薄膜表面的超親水特性和光催化分解油及有機污染物的性能，可使TiO，薄膜玻璃表面具有防汙、防霧、易洗、易幹等特性。
實驗表明，將TiO2塗敷在照明燈玻璃上，油膜經3天照射就可明顯減少，經5天照射就不留痕跡了；有機染料經3天照射，染料的顏色就可消褪。同時，塗敷有TiO，薄膜的表面與未塗TiO2薄膜的表面相比，顯示出高度的自清潔效應，一旦這些表面被油污等污染，因其表面具有超親水性，汙染不易在表面附著，附著的汙物在外部風力、水淋沖力、自重等作用下，也會自動從TiO，表面剝離下來，陽光中的紫外線足以維持TiO2薄膜表面的親水特性，從而使其表面具有長期的自潔去汙效應。
高層建築的外牆及頂棚完全可以使用具有光催化自潔功能的TiO2薄膜玻璃建材，可以分解油污、塵埃，分解後的污垢物經雨水沖刷可除去。這樣不僅有利於美化環境，也可減少因清掃帶來的不便和不安全因素。
將TiO2塗敷在隧道內的照明燈玻璃上，可防止汽車尾氣造成污染。這種具有光催化功能的照明燈玻璃表面不易積留污垢，可以減少清潔次數。日本道路公司已決定在高速公路隧道內一律使用這種照明燈具。
將TiO2薄膜玻璃置於水蒸氣中，玻璃表面會附著水霧，紫外光照射後，表面水霧消失，玻璃重又變得透明。在汽車擋風玻璃、後視鏡表面鍍上TiO2薄膜，可防止鏡面結霧。

奈米TiO2薄膜的光催化特性及殺菌消毒作用

人們的居住環境中存在各種有害微生物，尤其是居室中的一些潮濕場合，微生物容易繁殖，導致空氣和物品表面的細菌濃度增大，從而對人體產生危害。微生物如細菌是由有機複合物構成，因此可利用TiO2的光催化作用加以殺除。
奈米TiO2光催化作用對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌、綠膿桿菌等均有抑制繁殖和殺滅作用，當細菌吸附於光催化劑表面時，活性氧(·O2-)和自由基(·OH)能穿透細菌的細胞壁，進入菌體，阻止成膜物質的傳輸，阻斷其呼吸系統和電子傳輸系統，從而有效地殺滅細菌。
一般常用的殺菌劑銀、銅等能使細胞失去活性，但細菌被殺死後，可釋放出致熱和有毒的組分如內毒素；內毒素是致命物質，可引起傷寒、霍亂等疾病；而 TiO 2光催化劑不僅能殺死細菌，而且能同時降解由細菌釋放出來的有毒複合物；即TiO2光催化劑不僅能消減細菌的生命力，而且能攻擊細菌的外層細胞，穿透細胞膜，破壞細菌的細胞膜結構，從而徹底地殺滅細菌。
實驗證明，在玻璃上塗敷一薄層經過修飾的奈米TiO2微粒，自然光照射30分鐘對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌的殺菌率均達到90．00％ 以上。將 TiO2 微粒塗敷在玻璃上，光照3小時大腸桿菌可完全消除，其釋放出的內毒素也可同時得到有效降解。
將這種TiO2薄膜玻璃和薄膜陶瓷作為醫院的門窗玻璃和內牆裝飾材料，附著於牆面的細菌數可由原來的 5～10 cfu／cm降為0，空氣浮游菌數可由原來的25 cfu／(min·cm2·L)降為5 cfu／(min·cm2 ·L)。
奈米TiO2，微粒在殺菌消毒方面的作用優勢顯著，它不僅能在較短時間內殺菌，而且TiO2光催化產生的活性羥基能分解細菌生長所需的有機物，以抑制細菌的生長與發育，達到抗菌、殺毒的作用。由於納米TiO2光催化性能的諸多優點，同時光照不分解、耐酸堿、長效穩定、而且對人體無毒。

光觸媒薄膜的應用-光催化淨化空氣作用

淨化空氣
近年來，隨著室內建築裝飾材料、家用化學物質的使用。室內空氣污染越來越受到人們的重視；調查表明，室內空氣有機物濃度高於室外，甚至高於工業區。
目前已從室內空氣中鑒定出幾百種有機物質，其中有的是致癌物，居室、辦公室中所用塗料、粘接劑、油漆、膠合板、地板革、壁紙等都可向空氣中釋放揮發性有機化合物而造成室內污染；對室內主要的氣體污染物甲醛、甲苯等的研究結果表明，污染物的光催化降解與其濃度有關。
濃度低於 lppm 甲醛可完全被納米 TiO2 光催化分解為 CO2 和 H2O ，而在較高濃度時，則被氧化為甲酸；高濃度甲苯光催化降解時，由於生成的難分解的中間產物富集在 Ti 周圍，阻礙了光催化反應的進行，去除效率非常低。
但低濃度時，TiO2表面則沒有中間產物生成，甲苯很容易被氧化成 CO2 和 H2O 。實際人們居住的生活空間，甲醛、甲苯等有機物的濃度都非常低，在居室、辦公室、大型公共場所的門窗玻璃、陶瓷等建材表面塗敷TiO2光催化薄膜均可有效地降解這些有機物，淨化室內空氣。
除臭氣
空氣中惡臭氣體主要有五種：
1、 含硫化合物，如硫化氫、二氧化硫、硫醇類、硫醚類等。
2、 氮化合物，如胺類、醯胺等。
3、 鹵素及其衍生物，如氯氣、鹵代烴等。
4、 烴類，如烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等。
5、 含氧的有機物，如醇、酚醛、酮、有機酸等。
以前普遍採用活性炭除這些臭氣，隨著氣體在活性炭表面的堆集，其吸附能力明顯降低，使其應用受到限制：而TiO2光催化劑吸附這些氣體，經紫外光照射氣體分解後，又可恢復其新鮮表面，消除了吸附限制。TiO2光催化薄膜對乙醛等臭氣的光照射反應顯示，當臭氣的初始濃度大時(5000個單位體積濃度)，只有在紫外光照射下才具有明顯的消臭效果；而當其濃度低時(100個單位體積濃度)，通常的螢光燈就可將其完全分解。
量子效應的測定結果表明，進行低濃度乙醛的光催化反應時，普通螢光燈的效率比紫外光源要高得多，對其他臭氣如甲硫醇、硫化物、氨氣等也觀測到同樣的現象。人們對臭氣很敏感，但人類生活環境實際濃度都很低(一般在10個單位體積濃度以下)，這樣的濃度只要使用白色螢光燈所含的紫外光量就足以將其除去。
此外，近年來圍繞TiO2光催化劑專門研製的除臭裝置和產品，除臭效果也非常好，例如採用TiO2光催化劑和氣體吸附劑(沸石、活性炭、SiO2、Ai2O3 等)組成的混合型除臭吸附劑已得到實際應用。氣體吸附劑吸附的臭氣經表面擴散與TiO2光催化劑接觸後，就會被氧化分解，既不會降低吸附劑的吸附活性，又解決了TiO2光催化劑對臭氣吸附性較差的缺點，大大提高了臭氣的光降解效率。
還有日本三菱公司利用TiO2和無機粘著劑複合開發的光催化薄板，對乙醛、甲硫醇、硫醚、硫化氫、氨、三甲氨等臭氣的良好去除性能，也已得到實驗證實。

光觸媒的作用與TiO2介紹

化學反應上，觸媒是自己本身在反應的前後沒有變化，而是增加化學反應效果的物質；因些當光接觸到觸媒本身時，觸媒本身不發生變化，而是被反應物與光發生變化，所以稱為光觸媒，而平時若缺乏光觸媒時，光與被反應物不會發生化學變化。
如三氯乙烯與光觸煤TiO2的反應：在UV光下
CHCl=CCl2＋4H2O＋6H＋ → 2CO2＋3HCl＋6H＋
納米TiO2為n型半導體材料，在光照條件下尤其是在紫外光照射下而其band gap(3~3।2ev) 以上，傳導帶的光生電子(e-)與價電子帶的空穴 ( h+ ) 會因此而生成，因而引起光觸媒反應，而 e- 和 h+ 與吸附在 TiO2 表面上的 H2O 、O2 等發生作用生成·OH 、O2- 等活性基團；而 TiO2 因由這些反應，會形成很強的氧化分解力和超親水性的化學現象。
OH 基團有很強的氧化能力，而且對作用物幾乎無選擇性，能將有機物氧化、分解，最終分解為 CO2 和 H2O ，這就是 TiO2 微粒的光催化特性，這個特性就是淨化空氣和除臭的關鍵。

光觸媒光反應所生的價電子帶的空穴 ( h+ )，會被表面擴散的格子氧氣補捉到而形成 OH 離子，或是直接將吸附著物質氧化，價電子帶的空穴被格子氧氣補捉到時Ti－O 之間的結合距離變長，氧氣缺陷配位的．OH基和 TiO2的相互作用，因光照射而減弱；此時，吸著水和 Ti 的配位而形成新的表面．OH基，使 TiO2 表面的 ．OH基密度增加。
光暗時，隨著表面．OH基的減少， TiO2 表面會漸漸回到原來親水性不高的表面，光生成的表面．OH基；因熱力學的不安定的準安定狀態，光照射後的氧化表面自由能，比照射前會變高，親水性就高了起來。

光觸媒薄膜-介紹

光觸媒的研究，首先始於上世紀70年代的日本；學者發現水的光分解現象而開展，從學術上的基礎研究，很快的到工業上的應用，30年後已快速的許多領域的實際應用，也在經濟上占了一個很大的營業額。光觸煤的基本領域可分為「空氣淨化」、「水淨化」、「抗菌、殺菌」、「防霧」等4個應用項目，這都是非常典型綠色科技，所以光觸媒薄膜可說是非常典型的綠色薄膜。