fotokatalüsaatoritel

Fotokatalüsaatorid on materjalid, mis kasutavad valgusenergiat keemiliste reaktsioonide katalüüsimiseks. Need on pooljuhtivad materjalid, mis neelavad footoneid ja ergastavad elektrone, luues paaris elektroni ja augu. Need kandjad võivad seejärel osaleda redoksreaktsioonides, mille tulemuseks on keemiliste ühendite lagunemine või süntees.

Tavalisimad fotokatalüsaatorid, nagu titaandioksiid (TiO2), on laialdaselt uuritud nende potentsiaali tõttu keskkonnakaitserakendustes, sealhulgas vee puhastamisel, õhu puhastamisel ja isepuhastuvate pindade loomisel. TiO2 fotokatalüüsiline aktiivsus on tingitud selle laia energiavahemiku ribavahest, mis võimaldab sellel reageerida paljude saasteainetega.

Fotokatalüsaatorite tööpõhimõte hõlmab mitmeid etappe. Esiteks absorbeerib fotokatalüsaator valguse, mille energiakvant on suurem kui materjali energiavahe. See energia ergastab elektroni valentsribalt juhtivusribale, jättes järele tühja ruumi ehk augu. Need eraldunud elektronid ja augud difundeeruvad materjali pinnale, kus nad saavad potentsiaalsete reaktsioonidega osaleda. Pinnale adsorbeerunud molekulid, näiteks vee või hapniku molekulid, võivad seejärel reageerida elektronide ja aukudega, moodustades reaktiivseid hapnikuosakesi nagu hüdroksüülradikaalid ja superoksiidradikaalid. Need radikaalid on võimsad oksüdeerijad, mis võivad lagundada orgaanilisi saasteaineid või desinfitseerida mikroorganisme.

Lisaks keskkonnakaitsele uuritakse fotokatalüsaatoreid ka teistes valdkondades, nagu vesiniku tootmine vee lõhustumisel, süsinikdioksiidi teisendamine ja päikesepatareides kasutatavate materjalide loomine. Materjaliteaduse edusammud võimaldavad arendada uusi fotokatalüsaatoreid paremate omadustega, suurema efektiivsuse ja laiemate kasutusvõimalustega.