當前，新型冠狀病毒仍在持續，對產業及企業造成了一定程度的影響，也牽動著各行各業人們的心。在此形勢下，中國半導體照明網、極智頭條，在國家半導體照明工程研發及產業聯盟、第三代半導體產業技術創新戰略聯盟指導下，開啟疫情期間知識分享。

一、 光催化技術簡介

光催化的發現來自于1972年，東京大學藤島昭首次發現受到紫外線輻照的二氧化鈦（TiO2）可發生持續的水的氧化還原反應而產生氫氣。這一效果作為 “ 本多 · 藤島效果 ” （Honda-Fujishima Effect）而聞名于世，該名稱組合了藤島昭教授和當時他的指導教師----東京工藝大學校長本多健一的名字。

1. 光催化技術介紹

（1）光催化學科是催化化學、光電化學、半導體物理、材料科學和環境科學等多學科交叉的新興研究領域；

（2）半導體在紫外光（波長小于380nm）激發下，產生光生電子和電子空穴；

（3）電子空穴的能力達到3.0eV，相當于15000度溫度的能量

（4）光生電子具有還原性質，可還原水產氫，直接產電-太陽能電池---能源利用；

（5）光生空穴具有強氧化性，能降解或礦化污染物，殺滅細菌和病毒---環境應用。

氧化性：F2＞·OH＞O3＞H2O2＞MnO4-＞Cl2

光催化技術可以有效降解幾乎所有有機物

礦化含硫、氮、磷的化合物

高效殺菌消毒

2. 光催化殺菌消毒原理

光催化劑產生的羥基自由基和活性離子氧可以氧化細菌和病毒體的氧化機理如下：輔酶A氧化機理，細胞壁（膜）破壞機理，DNA&RNA遺傳物質破壞機理光催化殺菌，具有傳統無機抗菌劑無法比擬的優良殺菌效果，具有持久性，廣譜性，耐熱，不產生耐藥性，殺菌徹底等優點，而且還具有無毒，無味，對皮膚無刺激，不消耗，可重復使用等優點。

值得注意的是，在讓細菌病毒失活之后，細菌和病毒殘留的尸體都是由基本元素構成，光催化可以高效地把殘留的尸體分解去除掉。醫學上有一種內毒素，光催化也可以進行分解。

關于光催化殺菌，包括肺結核、乙肝，常規細菌、病毒等，國內外有很多種文獻，在機理和應用，實驗室層面論證，效果完全沒有問題。

二、 光催化效果評價

關于評價，首先會有標準的問題，對比國際標準，目前國內關于光催化的標準很不健全。在空氣凈化、水凈化、光催化材料自潔、抗病毒、光催化用的紫外光源等方面，標準其實很少，而且還不是強制標準。尤其是紫光的部分，不包括LED紫外光源。

現有光催化標準測試評價還存在問題，主要包括：測試條件和實際使用的條件差距大，無法反應實際使用場景的效果；接受國標標準認證的測試機構少，無法給出有效的檢測報告。

從粵能凈的角度，根據空氣凈化器國標設計了自己的光催化反應器，結構如下圖：

通過這樣一個反應器，我們在實驗室的立方倉中先測試一些甲醛，之后開始測試細菌，后來測試過病毒。在數據充分的基礎上，進行了催化劑跟光源的各種適配。穩定以后，把它變成一個標準的光催化單元放到我們的凈化設備中用來檢測凈化器或者消毒機的實際使用水平。

值得一提的是，通過測試發現，在一個小時之內，一立方倉里的甲醛降解效率可以超過90%。需要注意的是，大家可能對光觸媒和光催化有一定的了解，也可能看到過很多報告，其中有一個值一定不能忽略，那就是作用時間。有一些廠家做測試，可以做到99%以上的光觸媒，但是作用時間超過24個小時，甚至達到了48小時或72小時，效率會很低。

此后我們又做了其他有害氣體的測試，比如三苯有害氣體，包括甲苯、二甲苯等，臭氣典型代表，包括氨、二氧化硫、硫化氫等，對于光催化的材料去除工業廢氣、除臭，有了比較堅實的實驗基礎和實驗數據的支撐。針對細菌也做了一定的測試，效果也非常好。

量產的設備結構很簡單，做成的設備，對于白色葡萄球菌、H3N2流感病毒等的殺滅效率都比較高。

光催化空氣處理設備結構

三、 現有UV殺菌技術比較

紫外線這部分，其實有紫外光解和紫外光光生臭氧兩個反應。因為紫外線的波長越短，頻率越高，光波本身帶來的能量會越大，這個能量一旦大過有機物或化合物或者細胞本身的細胞鍵之間的能量，就會產生一定的光解效果。

紫外汞燈的UVC波段，主要集中在254nm和185nm兩個波段，因為汞光源只能激發這兩個峰值比較高的波長。在185nm波段，汞紫外線的光解效果和光生臭氧效果會顯現出來，所以用185nm的紫外燈殺菌消毒的時候，跟光源本身波長的殺菌效率有關的光解和光生臭氧的影響會出現。所以有時候很難區別185nm波段的汞燈是靠光源殺菌、光解殺菌還是光生臭氧殺菌。

但有一點可以確定的是，波長越短的情況下，光波能量越大，衰減效率會變大，所以在長距離上的作用能力也會越弱。

UV凈化技術比較

四、 UVA LED光催化市場應用

UV LED給光催化帶來了很大的技術優勢，從能量強度和能量密度上已經提高了不止一個數量級，單位面積已經達到四五十毫瓦每平方厘米沒有任何問題。

UVA-LED給光催化帶來的技術優勢

第三代半導體技術的低功率高光電效率窄帶UVA LED紫外光源光催化技術就有眾多優勢：

殺菌廣普和能力強，無耐藥性，分解徹底；有毒有機物的徹底礦化，均可高效降解；效率高，壽命長；維護簡單，運行費用底；無污染，無毒，衛生安全，環境友好。

空凈市場需求分析

根據經驗，我們可以把空凈市場簡單分為民用、商用、醫用、工業、軍工等這幾個大的行業。不同應用場景里有不同的凈化需求，很多現有的解決方案與解決技術都無法解決問題，大家可以根據自己的經驗參考。

總體而言，基于第三代半導體材料的紫外光源給整個光催化技術帶來了新的變革。比如從光源的能量角度帶來了數量級的提高；壽命，環境安全性能得到了質的飛越；給光催化的研究與應用帶來新的契機；撬動環保與大健康與病毒防疫的巨大產業市場；淘汰落后材料與技術（汞、活性炭等）帶來了堅實的技術基礎。

光催化技術應用

廣東粵能凈環保科技有限公司

公司擁有完全自主知識產權，研發和制備新型環保材料，設計和制造新型環保設備的高科技技術性環保企業。并被第三代半導體聯盟推薦牽頭起草《光催化凈化UVA LED技術要求》行業標準。