1.1引言
自20 世纪70 年代初发现二氧化钛电极具有光照下分解水的功能以来[1] ,有关二氧化钛等半导体光催化的研究成为国内外关注的一个热点。由于TiO2 对很多有机污染物吸附较强、催化氧化活性高,因此它在环境污染治理方面扮演极其重要的角,被广泛用于光催化处理多种有机物。近年来,TiO2成为最受人们青睐的一种绿环保型光催化剂。但TiO2 的电子和空穴容易发生复合,光催化效率低,带隙较宽(约312 eV) ,只能在紫外区显示光化学活性,对太阳能的利用率小于10 %。 人类目前使用的主要能源有石油、天然气和煤炭三种。根据国际能源机构的统计，地球上这三种能源能供人类开采的年限，分别只有40年、50年和240年。值得注意的是，中国剩余可开采储蓄仅为1390亿吨标准煤，按照中国2003年的开采速度16.67亿吨/年，仅能维持83年[2]。中国石油资源不足，天然气资源也不够丰富，中国已成为世界第二大石油进口国。因此，开发新能源，特别是用清洁能源替代传统能源，迅速地逐年降低它们的消耗量，保护环境改
善城市空气质量早已经成为关乎社会可持续发展的重大课题。中国能源发展方向可以锁定在前景看好的五种清洁能源: 水电、风能、太阳能、氢能和生物质。 太阳能不仅清洁干净，而且供应充足，每天照射到地球上的太阳能是全球每天所需能源的一万倍以上。直接利用太阳能来解决能源的枯竭和地球环境污染等问题是其中一个最好、直接、有效的方法。为此，中国政府制定实施了“中国光明工程”计划[3-7]。模仿自然界植物的光合作用原理和开发出人工合成技术被称为“21世纪梦”的技术。它的核心就是开发高效的太阳光响应型半导体光催化剂[8]。目前国内外光催剂的研究多数停留在二氧化钛及相关修饰[9]。尽管这些工作卓有成效，但是在规模化利用太阳能方面还远远不够。因此搜寻高效太阳光响应型半导体作为新型光催化剂成为当前此领域最重要的课题[10-12]。
不仅如此随着社会的发展、科技的进步、文化水平的提高，人们的健康的意识也随之加强。大多疾病是由细菌、霉菌等作为病原菌侵入人类和动植物发生的一系列反应而引起的，影响人们的健康，甚至危及生命，微生物还会引起各种工业材料、食品、化妆品、医药品等分解、变质、劣化、腐败，带来重大的经济损失，因此，具有杀菌和抗菌效应的商品越来越受到人们的关注。一般来说，抑制细菌增强和发育的性能称为抗菌，杀死细菌或 接近无菌状态的性能称为杀菌，具有抗菌或杀菌功能的材料通称为抗菌材料。人工合成的抗菌材料可分为无机和有机两大类，由于有机类抗菌材料存在抗菌性较弱，耐热性、稳定性较差，自身分解产物和挥发物可能对人体有害，不适合用于高温加工等缺点，限制了其使用，并逐渐被无机类的抗菌材料所替代[13]。传统的无机类抗菌剂由银、铜、锌等金属离子担载于沸石、磷酸错、易熔玻璃、硅胶、活性炭等载体组成。
1.2光催化材料体系的研究概况
从目前的资料来看，光催化材料体系主要可以分为氧化物，硫化物，氮化物以及磷化物
氧化物：最典型的主要是TiO2及其改性材料。目前，绝大部分氧化物主要集中在元素周期表中的d区， 研究的比较多的是含Ti，Nb，Ta的氧化物或复合氧化物。其他的含W，Cr，Fe，Co，Ni，Zr等金属氧化物也见报道。个人感觉，d区过渡族金属元素氧化物经过炒菜式的狂轰乱炸后，开发所谓的新体系光催化已经没有多大潜力。目前，以日本学者J. Sato为代表的研究人员，已经把目光锁定在p区元素氧化物上，如含有Ga，Ge，Sb，In，Sn，Bi元素的氧化物。
硫化物：硫化物虽然有较小的禁带宽度，但容易发生光腐蚀现象，较氧化物而言，稳定性
较差。主要有ZnS，CdS等
氮化物：也有较低的带系宽度，研究得不多。有Ta／N，Nb／N等体系
磷化物：研究很少，如GaP
1.2.1按照晶体/颗粒形貌分类
1.2.1.1层状结构
半导体微粒柱撑于石墨及天然/人工合成的层状硅酸盐 层状单元金属氧化物半导体如：V2O5，MoO3，WO3等 钛酸，铌酸，钛铌酸及其合成的碱（土）金属离子可交换层状结构和半导体微粒柱撑于层间的结构 含Bi层状结构材料，(Bi2O2)2+(An-1BnO3n+1)2- (A=Ba，Bi，Pb；B=Ti，Nb，W)，钙钛矿层 (An-1BnO3n+1)2-夹在(Bi2O2)2+层之间。典型的有：Bi2WO6，Bi2W2O9，Bi3TiNbO9 层状钽酸盐：RbLnTa2O7(Ln=La,Pr,Nd,Sm)
1.2.1.2通道结构
比较典型的为BaTi4O9，A2Ti6O3（A=K，Na，Li无机抗菌剂，等）。这类结构往往比层状结构材料
具有更为优异的光催化性能。研究认为，其性能主要归咎于金属-氧多面体中的非对称性，产生了偶极距，从而有利于电子和空穴分离
1.4.1.3管状结构
在钛酸盐中研究较多.
1.2.1.4晶须或多晶一维材料
经由VLS，VS，LS（如水热合成，熔盐法）机制可制备一维材料； 液相合成中的软模化学法制备介孔结构的多晶一维材料 对于该种行貌的材料，没有迹象表明，其光催化性能得以提高
1.2.1.5其他形状复杂的晶体或粉末颗粒
最典型的是氧化锌材料，根据合成方法不同，其行貌也相当丰富。
1.3对TiO2的研究进展
以下是我国与国外在研究二氧化钛催化抗菌反面的成果;
1.3.1国外对TiO2的研究进展
日本开发出磷灰石和铁与氧化钛结合的光触媒产业技术综合研究所环境陶瓷研究小组开发出了可用于纤维、塑料及纸张等的可见光响应型光触媒。与原来使用贵金属及稀有金属的产品不同，该光触媒在氧化钛(TiO2)中掺入了磷灰石(Apatite)和铁。不仅除臭及抗菌效果出，而且不会发黄。估计每公斤光触媒浆料(Slurry)的价格只有几千日元。
一般情况下，在纤维及塑料等有机类基材中使用光触媒时，会导致基材本身的分解。新型光触媒可用没有光触媒活性的磷灰石对基材表面的局部覆盖，抑制有机类基材的分解。因此，可用于纤维、塑料及纸张等。实际上，将新型光触媒与树脂混合，实施由碳弧灯(CarbonArc Lamp)照射的树脂耐久性(劣化)实验结果表明，树脂重量的减少率还不到与原来的光触媒混合时的1／5。
新型光触媒在荧光灯下对人体有害的乙醛(CH3CHO)的分解性能比原产品提高了5．9倍。并确认了CH3CHO可完全氧化分解为二氧化碳(CO2和水。不仅对车内、吸烟室、洗手间等紫外线较弱的场所具有除臭效果，还具有对黄葡萄球菌的抗菌效果及NOx净化效果。
新产品在此前很难发挥作用的室内的用途得以扩展，该市场有望扩大。作为利用可见光发挥作用的光触媒，已开发了采用氮及氧化钨(Tungsten)及贵金属等的产品。在空气中长期使用含氮的氧化钛光触媒粒子时，其会还原成氧化钛光触媒，存在可见光活性会降低的问题。而氧化钨价格昂贵，即使光触媒性能良好，也难以实用化。并且，这些利用可见光发挥作用的光触媒为黄，用于壁纸等时，存在会发黄的问题。而且光触媒几乎会分解所有接触到的有机物，因此将纤维、塑料及纸张等用作基材时，基材本身会被分解。
美国建成世界最大激光器经过10余年设计制造、35亿美元投资，美国建成世界最大激光器。新装置将于6月投入实验。能否借助新装置实现核聚变成为科学家现阶段关注焦点。他们希望，这一装置能把可控核聚变变为“工程现实”。
美联社报道，美国能源部宣布，位于加利福尼亚州利弗莫尔劳伦斯国家实验所的“国家点火装置”(National Ignition Facility)已建成合格。“国家点火装置”激光器占地约一个足球场般大小，由192个激光束组成。每个光束能在干分之一秒的时间内前行1000英尺(合304．8m)，同时汇聚到一处橡皮擦般大小的目标上。国家核安全管理局负责人托马斯·达戈斯蒂诺说，激光器的建成将确保美国在无需地下核试验的情况下保证核武库的持续可靠性。
1.3.2我国TiO2研究取得新进展
据中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室研究员周峰介绍，该实验室最近在二氧化钛的研究上又取得了新的进展。“二氧化钛”对很多人来说是一个专业又很陌生的名词，然而如何让它发挥更大的作用，则一直是近年来国际上的研究热点之一。通过改良它的结构，可以让太阳能电池将光转化为电的比例更高，也可以实现更好地光解水制氢等，是利用新能源和制备光电催化剂的重要材料。
近年来，以二氧化钛为代表的光催化材料得到了广泛的研究，由于Ti02光催化抗菌材料作用效果持久，并且二氧化钛本身价廉、无毒、化学稳定性好[14]，利用太阳光、荧光灯中含有的紫外光作激发源就可具有抗菌效应，并且具有净化空气、污水处理、自清洁等光催化效应，其抗菌过程简单描述为：二氧化钛在大于禁带宽度能量的光激发下，产生的空穴或电子对与环境中氧气及水发生作用，产生的活性氧等自由基与细胞中的有机物分子发生化学反应，进而分解细胞并达到抗菌目的[15]。此外，这些活性氧基团不仅能迅速、彻底杀灭细菌，还能降解内毒素等细胞裂解产物、其它有机物及化学污染物，使之完全矿化，具有其它抗菌材料不可比拟的优点[16-17]。在抗菌方面展示了广泛的应用前景，已成为新一代
的无机抗菌净化材料。
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