蕭弘毅 / 工研院材化所
近年來，隨著高度工業化發展也造成嚴重環境污染，導致氣候變遷及全球暖化。光觸媒是一環境友善的環境污染處理方法。一般光觸媒需要在紫外光下才具有光催化效果，使得光觸媒應用受到限制。本文主要介紹以具有生物活性及吸附功能的磷灰石複合二氧化鈦光觸媒，可以提升光觸媒的光催化效率，潛在應用於環境污染防治。
一、前言
近年來，隨著空氣污染及霧霾日趨嚴重，環境污染的問題已經嚴重威脅人類的生存健康，如焚化爐所產生之粉塵及戴奧辛污染、新建材的溶劑或接著劑中所釋出之甲醛污染、汽機車排放廢氣等。面對日益嚴重的空氣污染，傳統對環境污染物質的處理均採用捕集、濃縮、焚化等熱分解的方式進行，因此必須消耗大量的化石燃料等大量的能源，也因而產生了大量的二氧化碳，不但加快了地球溫暖化，也更招致環境汚染。隨著奈米科技發展，具有光催化功能的光觸媒材料已廣泛應用於處理日益嚴重的空氣污染。光觸媒是一種環境友善的空氣污染處理技術，不會衍生二次污染，減少對生態及環境的衝擊。
光觸媒(Photocatalyst)是一種「能利用光激發進行光催化反應的觸媒」。光觸媒需要負載在基材表面才能發揮光催化的效果，一般是把它塗布或噴灑在物體表面形成一層薄膜，再透過光能的激發，與附在物體表面的外來污染物產生氧化或還原作用，以達到去除污染物、殺菌、抑菌或使物體表面清潔的目的。惟，光觸媒需在光源激發下才能發揮其光催化效果，使其廣泛應用受到限制，以具生物活性及吸附能力的磷灰石複合二氧化鈦光觸媒是提升光觸媒性能最直接有效的方法。
二、光觸媒原理及發展
近年來，隨著科技高工業化發展，衍生有害化學物質的排放對人們的日常生活造成嚴重危害，環境污染已日趨嚴重且逐漸威脅到人類的生存，如焚化爐所排放的世紀之毒戴奧辛、新建材的溶劑或接著劑中所釋出之甲醛等或汽機車排放之SOX、NOX或粒狀污染物等皆排放至大氣中，對人體的健康已造成嚴重的不良影響。傳統對環境污染物質的處理均採用捕集、濃縮、焚化等熱分解的方式進行，需要消耗大量的石化燃料，也因而產生了大量的二氧化碳，不但加快了地球溫暖化，也更招致環境汚染。光觸媒是利用在光的能量激發下能分解污染物的觸媒，由於接受太陽光(紫外線)的照射，光觸媒吸收光能而使其表面產生具自由電子的游離基(如OH‧)，此類游離基能發揮強氧化力，能將吸附在其上之污染物有機化合物分解，早期光觸媒的機能主要是著眼於室内的環境化的應用。
光觸媒一般是指一種半導體結晶材料，能被光照射後激發，材料中的電子會跳出來，並留下一個具有強大氧化能力的帶正電孔洞，這些電子與電洞在化學上稱為「電子洞對」，使空氣中的氧氣與水分子變為不安定的自由基，再引發有機物質的氧化或還原反應。即光觸媒的激發態電子與空氣中的氧分子(O2)接觸時，會生成反應性很強的超級氧分子(‧O2-)﹔電洞與空氣中的水氣(H2O)接觸時，會透過光化學反應，使水中的氫氧基失去電子，此時，失去電子的氫氧基會生成不安定的氫氧自由基(‧OH)。當不安定的氫氧自由基遇到外來的、附在物體表面上的有機物時，又會藉由搶奪對方電子的方式使自己趨於穩定。如此一來，有機物即被氧化，變成水和二氧化碳，消失在空氣中。
圖一、光觸媒反應的原理
光觸媒能夠利用大自然光源，去除有害物質且無二次污染，不會造成生態及環境衝擊。適合作為光觸媒的材料必須具有半導體特性，例如氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(TiO2)、二氧化錫(SnO2)、硫化鎘(CdS)等，其中以二氧化鈦的氧化還原力較強，並具有化學性質穩定、對環境無害、材料價格低廉等優勢。所以目前使用的光觸媒材料大都以---以上為部分節錄內容，完整資料請見下方附檔。