Fotokatalizator

Fotokatalizator to materiał, najczęściej półprzewodnikowy, który pod wpływem światła przyspiesza reakcje chemiczne w obecności substratów tolerujących utlenianie i redukcję, jednocześnie nie ulega w procesie trwałemu zużyciu. W fotokatalizie światło powoduje w materiale powstanie par elektron-dziura. Nośniki ładunku migrują do powierzchni, gdzie biorą udział w reakcjach redoks, często prowadząc do powstania silnie reaktywnych gatunków, takich jak hydroxylowe radicale OH• i tlenkowy anion O2•−, które utleniają lub rozkładają związki organiczne.

Najczęściej stosowanym fotokatalizatorem jest dwutlenek tytanu TiO2, występujący w formach anatase i rutile. Ma szeroką stabilność chemiczną i wysoką aktywność pod wpływem promieniowania UV (energia potrzebna do wzbudzenia elektronów). Istnieją także inne materiały półprzewodnikowe, takie jak ZnO, SrTiO3, g-C3N4 oraz ich heterostruktury. Aby wykorzystać światło widzialny, prowadzi się modyfikacje: domieszkowanie pierwiastkami (np. N), tworzenie hybryd z innymi polimerami lub metalami oraz sensytyzację barwnikami lub cząstkami plazmonicznymi.

Zastosowania fotokatalizatorów obejmują degradację zanieczyszczeń organicznych w wodzie i powietrzu, dezynfekcję, samoczyszczące powłoki na elewacjach i oknach, a także możliwości produkcji paliw poprzez rozkład wody. W praktyce dąży się do rozszerzenia aktywności w widzialnym świetle i zwiększenia efektywności, przy jednoczesnym ograniczeniu rekombinacji nośników ładunku.

Historia fotokatalizy sięga lat 70. i 80., ale kluczowy przełom nastąpił w 1972 roku, gdy Fujishima i Honda wykazali fotokatalityczną rozkładanie wody na TiO2 pod UV, co zapoczątkowało intensywne badania nad materiałami fotokatalitycznymi.