fotokatalyysi

Fotokatalyysi on katalyyttinen reaktio, jossa valon energia aktivoi katalyytin ja ohjaa kemiallisia reaktioita. Yleensä kyse on kiinteän katalyytin, kuten titaanidioksidin TiO2, toiminnasta: valon absorboituessa syntyy elektronien ja elektronin aukkojen (recombination) pari, jotka käynnistävät hapetus- ja pelkistysreaktioita. Näiden reaktiolajien, kuten hydroksiliradikaalien (•OH) ja superoksidi-ioneiden (O2−), ansiosta epäpuhtauksia hajotetaan sekä veden hajoaminen kohti happea ja vetyä voi tapahtua.

Katalyytteina käytetään monia puolijohtavia materiaaleja. TiO2 on yleisin, ja sen tärkeimmät muotokiteet, anatase ja rutile, reagoivat pääosin UV-valolla. Ympäristöystävällisyytensä vuoksi on kehitetty dopattuja tai kiinteävaijuisia rakenteita sekä heterojuonteisia järjestelmiä, jotka laajentavat toimintaa näkyvälle valolle. Muita tutkimuksessa käytettyjä materiaaleja ovat ZnO, g-C3N4, WO3 sekä erilaiset yhdistelmät ja nanostruktuurat.

Sovellukset kattavat ympäristön puhdistamisen sekä energia- ja materiaalitekniikan osa-alueet. Fotokatalyysi hajottaa orgaanisia epäpuhtauksia vedessä ja ilmassa, tekee itse puhdistuvista pinnoista ja rakennusmateriaaleista tehokkaampia, sekä mahdollistaa veden fotogeneettisen hajotuksen ja hiilidioksidin pelkistämisen polttoaineiksi. Rajoituksina ovat valonlähteen riippuvuus ja katalyyttien rekombinaatiohaittojen estäminen, sekä käytännön skaalaus ja kustannukset.

Historiaan kuuluva käänne tuli vuonna 1972, kun Fujishima ja Honda osoittivat TiO2:n fotokatalyysin veden elektrolyysissä. Siitä eteenpäin kehitys on painottanut näkyvän valon hyödyntämistä, stabiiluutta ja tehokkuutta käytännön sovelluksissa.