fotocatalisi

La fotocatalisi è un processo chimico in cui un fotocatalizzatore assorbe la luce e facilita reazioni redox sulla sua superficie mediante la generazione di coppie portatori di carica (elettrone e buco). In presenza di luce sufficientemente energetica, l’elettrone passa dalla banda di valenza alla banda di conduzione, creando elettrone‑buchi che partecipano a reazioni di riduzione e ossidazione con specie adsorbite, molecole presenti nel mezzo o ossigeno presente nell’aria. I radicali reattivi e gli elettroni guidano trasformazioni quali ossidazione di inquinanti, decomposizione di composti organici e riduzione di specie inorganiche.

Meccanismo e campo d’uso: la fotocatalisi è tipicamente basata su semiconduttori inorganici o polimeri semiconductori. I fotoni con energia ≥ il band gap eccitano elettroni, generando coppie elettrone‑buco. Gli elettroni riducono O2 o altri accettori, i buchi ossidano acque o organici, producendo perossidanti, radicali idrossilici e altri intermedi. Le efficienze dipendono dalla separazione delle coppie, dal riutilizzo della superficie e dalla stabilità del catalizzatore.

Materiali comuni: TiO2 (specialmente anatase) è il fotocatalizzatore più studiato, seguito da ZnO, g‑C3N4 e altri semiconduttori o loro ibridi. Per utilizzare la luce visibile si ricorre a droghe o a drogaggi che riducono il band gap o a sistemi di accoppiamento con sensitizzanti.

Applicazioni: trattamento delle acque e bonifica ambientale, disinfezione, produzione di idrogeno tramite scissione dell’acqua e riduzione del CO2 in combustibili. Vantaggi includono l’uso di luce solare e condizioni moderate, ma le sfide comprendono la ricombinazione delle coppie portatrici di carica, la stabilità e la scalabilità.

Storia: una pietra miliare fu la dimostrazione di Fujishima e Honda nel 1972 con TiO2 per la fotolisi dell’acqua.