【光催化消毒】，【华验】立说！

光催化消毒(photocatalytic disinfection)：指用光(light)和光催化剂(photocatalyst)作为消毒因子，通过光催化(photocatalysis)作用的方式进行的消毒。光催化消毒是光-光催化剂消毒的简称，又称光催化剂消毒或光触媒消毒^[1,2,3,4]。

       光催化剂光催化氧化是由于产生电子空穴(h+)：以N型半导体的能带理论为基础，由填满电子的低能价带（valence band）和含有空穴的高能导带（conduction band）构成，价带和导带之间存在禁带（forbidden band）。当用能量等于或大于禁带宽度(又称带隙，能带隙)（bandgap energy gap）的光照射光催化剂时，价带上的电子(eˉ)会被激发跃迁至导带，在价带上产生相应的电子空穴(h+)，并在电场的作用下分离迁移到表面，因而具有氧化性。

       光催化消毒主要依靠氧化性自由基灭活微生物:光子激发半导体产生电子空穴对，空穴具有氧化性，可以直接氧化破坏与光催化剂接触的微生物，也可以与H2O或OH-(较高pH值时)反应生成羟基自由基·OH，氧化破坏蛋白质、核酸、脂类物质等微生物成分，从而杀灭微生物。

【注释】

1.光(light)：是一种处于特定频段的光子流。光源发出光，是因为光源中电子获得额外能量。如果能量不足以使其跃迁到更外层的轨道，电子就会进行加速运动，并以波的形式释放能量。如果跃迁之后刚好填补了所在轨道的空位，从激发态到达稳定态，电子就停止跃迁。否则电子会再次跃迁回之前的轨道，并且以波的形式释放能量。

2.光催化(photocatalysis)发现与光催化消毒(photocatalytic disinfection)序幕：

光催化（photocatalysis）发现：是利用光能进行物质转化的一种方式，是物质在光和光催化剂共同作用下所进行的化学反应。1967年，日本科学家东京大学本多健一（Kenichi Honda）教授的研究生藤岛昭（Akira Fujishima）发现在紫外光照射下，TiO2电极可以将水分解为氢气和氧气，即“本多-藤岛效应”（Honda-Fujishima Effect），即光催化反应。1972 年，他们将这一现象发表在《Nature》上，开启了光催化研究与应用的新时代。

光催化消毒(photocatalytic disinfection)序幕：1985年，日本科学家松永忠志（Tadashi Matsunaga）首次报道了应用光催化二氧化钛破坏嗜酸乳杆菌、酿酒酵母和大肠杆菌，拉开了光催化消毒研究与应用的序幕。

此后，经过几十年的发展，光催化在污染物降解、重金属离子还原、空气净化、太阳能电池、消毒（尤其是抗菌、防霉）、自清洁等方面的应用研究，成了国际上热门研究领域之一。

3.光催化剂(photocatalyst)：也称光触媒，是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质，是具有光催化功能的半导体材料的总称。代表性的光催化剂是二氧化钛，它能在光照射下产生强氧化性的物质，如羟基自由基、氧气等，并且可分解有机化合物、部分无机化合物、细菌及病毒等。光催化剂能够有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理，用于人机共存的空气消毒。同时，光催化剂能有效地降解空气中的甲醛等有毒有害气体，高效净化空气。

【参考资料】