fotokatalyyttisissä

Fotokatalyyttiset prosessit ovat kemiallisia reaktioita, joissa valoaktivointi saa katalyytin nopeuttamaan reaktiota. Yleisimpiä fotokatalyyttejä ovat epäorgaaniset puolijohteet, kuten titaanioksidi TiO2 ja ZnO. Kun fotokatalyytin valon absorpoituu ja se ylittää band gapinsa, syntyy elektronien ja aukkojen pari (e−/h+). Nämä парit voivat osallistua hapetukseen ja pelkistykseen, jolloin muodostuu reaktiivisia happiradikaaleja, kuten hydroksyyliradikaali (•OH) ja superoksidi-ioni (O2−•). Nämä radikaalit hajottavat monia orgaanisia yhdisteitä sekä epäpuhtauksia vedessä ja ilmassa.

Sovellukset kattavat ympäristön puhdistuksen, vedenkäsittelyn ja ilmanlaadun parantamisen sekä vihreän energian tuotannon: veden fotokatalyyttinen hajotus vedyn tuottamiseksi ja hiilidioksidin pelkistäminen muiksi polttoaineiksi. Fotokatalyyttejä kehitetään laajempaa näkyvän valon hyödyntämistä varten dopingin, eri puolijohteiden yhdistämisen (heterojunttien) sekä pinnanmuokkauksen keinoin, jotta rekombinaatiota voitaisiin vähentää ja tehokkuutta lisätä.

Materiaalit ja haasteet: TiO2 on yleisimmin käytetty, mutta sen hyödyntäminen näkyvällä valolla on rajallista. Tutkimuksessa tähdätään kestäviin, edullisiin ja skaalautuviin fotokatalyytteihin, jotka pystyvät hyödyntämään laajempaa valon kirjoa. Tärkeisiin haasteisiin kuuluvat rekombinaation hallinta, materiaalien vakaus sekä suurten järjestelmien kustannustehokkuus. Tutkimus etenee sekä uusien materiaalien että reaktoritekniikoiden kehittämisessä käytännön sovelluksissa.