Dalam kimia, fotokatalisis adalah percepatan fotoreaksi dengan adanya katalis. Ini dikatalisis oleh fotolisis, cahaya diserap oleh adsorpsi substrat. Dalam katalisis yang dihasilkan foto, aktivitas fotokatalitik (PCA) bergantung pada kemampuan katalis untuk membuat lubang elektron yang rata, yang menghasilkan radikal bebas (radikal hidroksil: • OH), yang mampu mengalami reaksi sekunder.
Pemahamannya telah dimungkinkan sejak penemuan elektrolisis air oleh titanium dioksida. Kegunaan komersial dari proses ini disebut proses oksidasi lanjutan (AOP). Ada beberapa metode untuk mencapai AOP, yang dapat, tetapi tidak harus melibatkan TiO 2 atau bahkan penggunaan sinar UV. Secara umum, faktor penentunya adalah produksi dan penggunaan radikal hidroksil.
Prinsip dasar
Ketika TiO2 disinari dengan cahaya dengan energi yang cukup, pasangan elektron-lubang begitu terguncang sehingga elektron ekstra melewati celah dari pita ke pita konduksi, sedangkan lubang berada di pita valensi. Elektron yang tereksitasi kemudian dapat digunakan untuk reaksi redoks pada permukaan TiO2, seperti produksi metana dan etilen dengan fotokatalis TiO2 yang bermuatan Cu-Fe-SiO2.
Ada beberapa fase TiO2. Misalnya, fase rutil dapat dieksitasi oleh cahaya tampak, tetapi memiliki laju rekombinasi muatan yang cepat; Anatase, di sisi lain, memiliki tingkat rekombinasi yang lambat, tetapi hanya dapat dieksitasi oleh sinar ultraviolet. Oleh karena itu, masuk akal untuk memproduksi fotokatalis fase campuran untuk meningkatkan efisiensi secara keseluruhan.
Kegunaan
- Konversi air menjadi gas hidrogen dengan disosiasi air fotokatalitik. Katalis foto yang efisien dalam kisaran UV didasarkan pada natrium tantalum oksida Na Ta O dengan kokatalis nikel oksida. Permukaan kristal natrium tantalum oksida berkerut oleh apa yang disebut langkah mini yang merupakan hasil doping lantanum (rentang 3-15 nm, lihat nanoteknologi). Partikel NiO yang memfasilitasi evolusi gas hidrogen hadir di tepi, gas oksigen berkembang dari alur.
- Penggunaan titanium dioksida dalam kaca pembersih sendiri. Radikal bebas yang dihasilkan oleh Ti O 2 mengoksidasi bahan organik.
- Desinfeksi air oleh titanium dioksida dalam fotokatalisis.
- Oksidasi polutan organik menggunakan partikel magnetik yang dilapisi dengan titanium dioksida nanopartikel mengguncang medan magnet saat paparan sinar UV berkembang.
- Konversi karbon dioksida menjadi gas hidrokarbon menggunakan titanium dioksida dengan adanya air. Sebagai penyangga yang efisien dalam UV luas, fase nanopartikel titanium dioksida, anatase, dan rutil mampu menghasilkan eksiton dengan mempromosikan elektron melalui celah pita. Elektron dan hole bereaksi dengan uap air di sekitarnya untuk menghasilkan radikal hidroksil dan proton. Mekanisme reaksi yang ada biasanya menyarankan penciptaan reaktan karbon yang sangat radikal dari karbon monoksida dan karbon dioksida yang bereaksi dengan proton yang dihasilkan foto yang akhirnya membentuk metana. Meskipun efisiensi fotokatalis berbasis titanium dioksida saat ini rendah, menggabungkan struktur nano berbasis karbon seperti nanotube karbon dan nanopartikel logam. Telah terbukti meningkatkan efektivitas fotokatalis ini.
- Mensterilkan instrumen bedah dan menghilangkan jejak yang tidak diinginkan dari komponen listrik sensitif dan optik.
- Dekomposisi minyak mentah dengan nanopartikel TiO2