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钛白引领太阳能光伏与环保产业大变革的催化剂

来源:人民日报  发布时间:2011-04-06

如何经济高效地开发利用太阳能?如何变污水为甘泉?如何有效治理大气污染?如何彻底清除室内有害物质?借助于一种普通而又特殊的物质——二氧化钛,将会更好地解决这些关乎人类生存和发展的重要问题。 

  二氧化钛俗称钛白,是一种白色的粉末,具有很强的反光作用,通常用于白色油漆和瓷釉。澳大利亚工程院院士、昆士兰大学主管科研的副校长逯高清教授不久前在英国《自然》杂志发表的一篇论文,论述了二氧化钛经过纳米技术处理后的独特作用。具体做法是,通过水热化学反应,把二氧化钛制作成纳米晶,即其颗粒微缩到纳米尺度。此时,二氧化钛的电子结构发生变化,性能也随之改变,尤其是它的光学性能由原来的反光变为吸光。二氧化钛纳米晶把光子吸收后可以转化为电流,可用作太阳能发电。 

  现在的太阳能电池板大多采用单晶硅或多晶硅片制作。这种材料比较昂贵,且生产工艺条件要求高,必须无尘操作,成本很高。目前的太阳能发电成本比一般的火力、水力发电成本高出5—10倍,很难普遍推广。相比之下,二氧化钛的材料和生产成本相对低廉,且利用二氧化钛进行太阳能发电的技术已经成熟,只要解决二氧化钛敏化太阳能电池的生产工艺问题即可投入实际应用。 

  二氧化钛纳米晶在把光子转化为电子、形成电流的过程中产生一个个空穴,与水结合形成一种羟基,从而产生强劲的光催化作用,可有效降解水和空气中的有机化学物。这样,二氧化钛又有了另外的重要用途。人们每天饮用的水中会有这样那样的有机化学物,可能浓度很低,但长期摄入会影响健康,甚至可能致癌。利用二氧化钛对饮用水进行处理可使饮用水更洁净。 

  在大量的工业污水处理方面,光催化也有用武之地。目前,工业污水处理的基本方法是,先以大池分解,用现代技术,如微生物降解的办法进行处理。这一环节必不可少。但经过微生物降解之后,水中仍有大量的有机化学物残留,无法全部降解。为了达到清洁的目的,人们只好采用灭菌的办法,用紫外线、臭氧等进行灭菌。今后,这些功能可由二氧化钛纳米晶来代替。此外,二氧化钛光催化技术同样可以有效降解大气中的有机化学物,用于治理空气污染。还可把纳米晶涂抹在照明灯管上,利用灯光进行光催化作用,从而达到彻底清除室内有害物质之目的。 

  关于二氧化钛光电作用和光催化作用的研究属于当今世界的前沿科技。一旦这种科技应用实现产业化,不仅将为我们带来经济高效的太阳能,还会有助于碧水蓝天的重现。