Fotokataliza heterogeniczna

Fotokataliza heterogeniczna – fotokataliza 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 (A_red i D_ox). 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]

Historia[edytuj | edytuj kod]

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 też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

↑ Silvia E.S.E. Braslavsky Silvia E.S.E. i inni, Glossary of terms used in photocatalysis and radiation catalysis (IUPAC Recommendations 2011), „Pure and Applied Chemistry”, 83 (4), 2011, s. 931–1014, DOI: 10.1351/PAC-REC-09-09-36 (ang.).
↑ Photocatalysis. Wydział Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego, 2016-10-11. [dostęp 2020-07-29]. (ang.).
↑ TaymazT. Tabari TaymazT. i inni, Design, engineering, and performance of nanorod-Fe₂O₃@rGO@LaSrFe_2−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, DOI: 10.1016/j.apcatb.2020.118952 (ang.).
↑ History of Photocatalysis. dev.nsta.org, 2005-04-01. [dostęp 2020-07-29]. (ang.).

[1] Silvia E.S.E. Braslavsky Silvia E.S.E. i inni, Glossary of terms used in photocatalysis and radiation catalysis (IUPAC Recommendations 2011), „Pure and Applied Chemistry”, 83 (4), 2011, s. 931–1014, DOI: 10.1351/PAC-REC-09-09-36 (ang.).

[2] Photocatalysis. Wydział Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego, 2016-10-11. [dostęp 2020-07-29]. (ang.).

[3] TaymazT. Tabari TaymazT. i inni, Design, engineering, and performance of nanorod-Fe₂O₃@rGO@LaSrFe_2−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, DOI: 10.1016/j.apcatb.2020.118952 (ang.).

[4] History of Photocatalysis. dev.nsta.org, 2005-04-01. [dostęp 2020-07-29]. (ang.).

[1]

[2]

[3]

[4]