114學測自然 第52題 詳解

〔50–54 題為題組〕奈米級的二氧化鈦（$\mathrm{TiO_2}$）為一種光觸媒材料，當此光觸媒照光之後，可將周遭環境中的汙染物質分解，達到去汙與除臭的效果。其原理主要是二氧化鈦光觸媒照光後，電子會從價帶躍遷到導電帶，使得二氧化鈦表面生成氫氧自由基（$\mathrm{\cdot OH}$）與超氧離子（$\mathrm{O_2^-}$），此兩者的活性很大可以將有機物分解成二氧化碳和水，達到淨化效果。

此外，二氧化鈦光觸媒亦可在光的照射下催化水裂解產生氫氣和氧氣，為綠色能源與永續發展的重要觸媒。由於二氧化鈦光觸媒的導電帶與價帶的能階差（亦稱為能隙）大約為 3.20 eV，故所照的光源中光子能量必須高於此能量才能啟動催化反應；為了提升其催化活性與效率，許多研究利用不同的金屬摻雜來改善材料特性。

某研究團隊發現於二氧化鈦奈米材料中摻雜少量的鋅離子（$\mathrm{Zn\text{-}TiO_2}$）後，會改變能隙，並提升催化水裂解的效率。

有關二氧化鈦光觸媒與水裂解反應的相關敘述，下列哪些正確？（應選 2 項）
(A) 二氧化鈦光觸媒照光後產生的氫氧自由基具有 8 個價電子
(B) 二氧化鈦是一種可溶於水的化合物
(C) 水裂解產生氫氣與氧氣，為一吸熱反應
(D) 氫氧自由基將有機物分解，產生二氧化碳的過程是作為還原劑
(E) 水裂解反應產生氫氣與氧氣，屬於氧化還原反應