二氧化钛在陶瓷中的妙用

在众多光催化剂中，二氧化钛半导体催化剂由于具有良好的化学稳定性、安全无毒、光催化活性高和制备成本低等特性而被广泛应用，是一种理想的光催化自清洁陶瓷制备原料。

一、二氧化钛的性质

二氧化钛（TiO2）主要有三种晶型转变形式，分别为锐钛矿相、金红石相和板钛矿相，锐钛矿相二氧化钛和板钛矿相TiO2均属于亚稳定相，相对来说金红石相TiO2是比较稳定的存在状态，在实际应用中锐钛矿相和金红石相TiO2应用比较广泛，而锐钛矿相TiO2通常在610~915°C会转变为金红石相，金红石相TiO2的综合性能均优于锐钛矿相。

TiO2的化学性质也很稳定，它是一种两性氧化物，在一定的环境条件下既可以发生氧化反应也可以发生还原反应，这点对于光催化反应来说具有很大的潜在研究优势，作为光催化剂它既可以氧化环境中的有机污染物，也可以还原重金属，所以在光催化领域得到了广泛的关注。

二、光催化机理

TiO2的光催化机理：光照射在TiO2表面，当这个能量大于等于TiO2的带隙能时，则半导体TiO2受到光激发，价带上的电子受到激发跃迁到导带上，在价带留下一个光生空穴，这样就使得光生电子和空穴发生分离，导带上的光生电子是良好的还原剂，价带上的空穴是良好的氧化剂，从而在导带上将发生还原反应，最终还原生成超氧负离子（O2-），价带上将发生氧化反应，最终氧化生成羟基自由基（OH）。但是发生光催化反应时光生电子和空穴会发生重组，这在很大程度上就阻碍了光催化反应的有效进行，因此如何有效的抑制光生电子和空穴重组也是目前研究的一个热点。

三、制备工艺

目前，TiO2光催化陶瓷的制备方法一般是将TiO2光催化剂或以TiO2为主的光催化剂以喷、涂、镀等方式覆膜于陶瓷表面上，再通过二次热处理制备而成的。其中，最常用的是TiO2溶胶涂膜的方法。这些喷、涂、镀覆膜的热处理温度一般低于800℃，目的是使得TiO2以具有较强光催化能力的锐钛矿相存在于覆膜中。

但正是由于热处理温度较低，且没有高温液相出现，使得玻璃或陶瓷表面上的光催化涂层的附着性能较差，在使用过程中容易磨损、脱落，使得光催化能力降低。提高热处理温度，增加光催化涂层和基材之间的附着力是提高其耐磨性和使用寿命的有效方法。但具有较高光催化性能的锐钛矿相TiO2是亚稳定相，在高温热处理下极易不可逆地转换为光催化能力较弱的金红石相，解决这一矛盾是制备TiO2光催化陶瓷的关键。

四、总结

抗菌陶瓷近些年来迅速的占领市场并得到了人们的广泛关注，一方面是由于社会的发展，人们生活水平的提高，对生活环境的要求随之提高，另一方面更是由于材料科学技术方法的进步，很多学者投入到此项研究中，为抗菌陶瓷领域的发展作出了很大的贡献。

通过这些研究，TiO2以其独特的优势脱颖而出，对TiO2进行大量改性研究最终发现纳米级钛系材料均具有良好的抗菌特性，也因此代表了未来抗菌陶瓷的发展方向。