Fotokataliza heterogeniczna

Fotokataliza heterogenicznafotokataliza zachodząca na granicy faz (pomiędzy dwiema fazami: ciało stałe–ciecz, ciało stałe–gaz, ciecz–gaz)[1]. Fotokatalizatorami heterogenicznymi są półprzewodniki, zwykle tlenki i siarczki metali przejściowych. Pochłanianie światła prowadzi do powstawania dziury w pasmie walencyjnym i elektronu w paśmie przewodnictwa. Ładunki te mogą migrować w obrębie kryształu półprzewodnika i być pułapkowanie na powierzchni, jak również uczestniczyć w procesach międzyfazowego transferu elektronów z udziałem cząsteczki akceptora elektronów A i ich donora D. Występujące następnie reakcje redukcji i utlenienia produktów (A•− i D•+) prowadzą do powstania trwałych produktów końcowych (Ared i Dox). Niepożądanymi reakcjami ubocznymi są m.in. rekombinacja ładunków oraz reakcja redoks pomiędzy A•− i D•+ powodująca odtworzenie akceptora i donora[2].

To, jakie cząsteczki mogą pełnić role akceptora/donora elektronów, zależy od potencjału redoks krawędzi pasm fotokatalizatora (odpowiednio dolnej krawędzi pasma przewodnictwa i górnej krawędzi pasma walencyjnego) i potencjału tychże molekuł. Przykładowo, cząsteczka wody może być zredukowana do wodoru przy potencjale −0,44 V vs. SHE (pH=7) lub być utleniona w 4-dziurowym procesie do tlenu przy potencjale 1,22 V vs. SHE (pH=7). Półprzewodniki, takie jak tlenki tytanu, cynku i żelaza (hematyt), mają krawędź pasma walencyjne o potencjale odpowiednio wysokim, aby fotogenerowane dziury mogły utlenić wodę do tlenu, ale już tylko pierwsze dwa z wymienionych fotokatalizatorów mają również wystarczający potencjał do redukcji wody do wodoru[3].

HistoriaEdytuj

Zastosowanie półprzewodników jako fotokatalizatorów jest intensywnie badane od około trzech dekad. W 1972 roku, Fujishimna i Honda zaobserwował fotokatalityczny rozkład wody na TiO2. To wydarzenie zapoczątkowało nową erę w fotokatalizy heterogenicznej. Głównym celem wcześniejszych badań było zastosowania fotokatalitycznych systemów do efektywnego oczyszczania wody z toksycznych substancji. Od niedawna bada się kwantowe efekty związane z rozmiar na fotoreakcję dla nanocząstek półprzewodnikowych[4].

Zobacz teżEdytuj

PrzypisyEdytuj

  1. Silvia E. Braslavsky i inni, Glossary of terms used in photocatalysis and radiation catalysis (IUPAC Recommendations 2011), „Pure and Applied Chemistry”, 83 (4), 2011, s. 931–1014, DOI10.1351/PAC-REC-09-09-36 (ang.).c?
  2. Photocatalysis (ang.). Wydział Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego, 2016-10-11. [dostęp 2020-07-29].
  3. Taymaz Tabari i inni, Design, engineering, and performance of nanorod-Fe2O3@rGO@LaSrFe2−nCoO6 (n = 0, 1) composite architectures: The role of double oxide perovskites in reaching high solar to hydrogen efficiency, „Applied Catalysis B: Environmental”, 272, 2020, art. nr 118952, DOI10.1016/j.apcatb.2020.118952 (ang.).
  4. History of Photocatalysis (ang.). dev.nsta.org, 2005-04-01. [dostęp 2020-07-29].