I kjemi er fotokatalyse akselerasjonen av en fotoreaksjon i nærvær av en katalysator .
Prinsippet for fotokatalyse er basert på aktivering av en halvleder med lys. Halvlederen anses å være en katalysator. Dens prinsipp er nær heterogen katalyse der oksidasjonsreduksjonsreaksjonen finner sted på overflaten av katalysatoren.
Det er absorpsjon av et foton , hvis energi er større enn gapet mellom valensbåndet og ledningsbåndet , som vil danne et elektron - hull par i halvlederen. Det er utslipp av et elektron på ledningsbåndet og dannelse av et hull på valensbåndet. Dette elektronhullsparet tillater dannelse av frie radikaler som enten reagerer med forbindelser som er tilstede i mediet, eller rekombinerer i henhold til forskjellige mekanismer. Hver halvleder har en energiforskjell mellom ledningsbåndet og valensbåndet som er spesifikt for det.
Forskjellige reaksjonsmekanismer er foreslått, men det er vist at tilstedeværelsen av vann er nødvendig for å utføre den fotokatalytiske reaksjonen. Generelt er formålet med denne reaksjonen å oksidere forbindelser for å oppnå karbondioksid og vann. Det er også mulig å ha mellomprodukter for oksidasjon av utgangsproduktene hvis reaksjonen ikke er fullført. For å fremme en fullstendig reaksjon blir det utført eksperimenter for å bremse rekombinasjonen mellom elektronhullsparet.
Fotokatalytisk oksidasjon avhenger av en synergi mellom flere parametere: levetid for ladningsbærere, adsorpsjon / desorpsjonshastighet av forbindelser på overflaten av halvlederen.
De mest brukte fotokatalysatorene er halvledere som har et bredt forbudt bånd eller gap . Ofte er oksyder eller sulfider (TiO 2 , ZnO, CEO 2 , ZrO 2 , SnO 2 , CdS, ZnS, etc. ). De elektrokjemiske potensialene til halvleder og redoks kobler O 2/ H 2 Oog H- 2 / H 2 Oviser at et samspill mellom dem er mulig. Faktisk er radikale arter dannet fra O 2(oksidasjon) og H 2 O (reduksjon).
For sin ytelse og pris er titandioksid (TiO 2 ) ofte foretrukket som fotokatalysator. Den eksisterer i tre krystallinske former: brookitt , anatase og rutil , men bare anatase og mindre rutilstrukturer har fotokatalytiske egenskaper. Det er vist at en anatase / rutilblanding (i en andel 80/20 ) gir bedre resultater enn den ene eller den andre av strukturene alene. For å forbedre ytelsen viser eksperimenter at rekombinasjonstiden til elektronhullsparet blir redusert i nærvær av platina .
Som tidligere skrevet er fotokatalytisk nedbrytning allerede brukt for å mineralisere mange organiske forbindelser (i væske- eller gassfase), men fremfor alt er den ultrafiolette som er aktive. Denne teknikken antyder et bredt felt av applikasjoner.
Aktivering av katalysatoren er bare mulig for fotoner med høye energier, større enn gapet til halvlederen, det vil si for en bølgelengde som tilsvarer ultrafiolett for titandioksid. Fotokatalysatoren utviser derfor ingen stor aktivitet under solbestråling (for titanoksid er den nyttige solstrålingen bare 4%). Forskning er derfor rettet mot å utvide katalysatorens spektrale responslengde, for eksempel ved å dope halvlederen med overgangsmetaller , sensibilisere overflaten eller til og med ved å stable halvledere.
I følge Ryoji Asahi et al. (2001), ville doping TiO 2 med nitrogen gjøre katalysatoren aktiv for bestråling i det synlige området. S.-K. Jung et al. (2006), fant også resultater som bekrefter effekten av doping. Forbedringer vises fremdeles innen fotokatalyse.
En annen forutsetning er at materialet (malingpigment, gips, glass, sement osv. ) Forblir rent.
Vi prøver å produsere ”selvrensende” eller enkle å rengjøre materialer.