La Utilidad De La Fotocatalisis
Páginas: 8 (1903 palabras)
Publicado: 3 de octubre de 2012
LA UTILIDAD DE LA FOTOCATALISIS
La fotocatálisis es un fenómeno por el cual la luz puede reducir la energía de activación de una reacción química. Cuando un semiconductor absorbe un fotón con una energía higual o superior al valor de su energía de banda prohibida, Eg (que es la energía mínima necesaria para convertir el material en un conductor), un electrón de la banda de valencia sepromueve hacia la banda de conducción (Ver Figura 1). Esto conduce a la formación de dos portadores de carga: electrones en la banda de conducción, eˉCB, y un electrón vacío positivo dentro de la banda de valencia, que se conoce como un "hueco" y generalmente indicado con h+VB. Los electrones en estado excitado dentro de la banda de conducción y los huecos dentro de la banda de valencia puederecombinarse y disipar la energía inicial en forma de calor. También podrían ser atrapados en los estados superficiales metaestables o reaccionar con las moléculas adsorbidas en la superficie del semiconductor, aceptando y donando electrones.
En la última década, la importancia tanto tecnológica como económica de la fotocatálisis ha crecido considerablemente. Los incrementos en los rendimientos hansido fuertemente correlacionados a los avances en la nanotecnología; por ejemplo, utilizar fotocatalizadores nanoparticulados ha mejorado considerablemente la eficiencia catalítica de estos materiales.
Una gran variedad de aplicaciones que van desde superficies autolimpiables, anti-microbianas y antiempañantes, pasando por purificación de aire y agua, hasta producción de hidrógeno inducida por luzsolar, han sido desarrolladas y muchas de estas aplicaciones ya cuentan con la vía a productos comerciales. Sin embargo, una amplia investigación continúa para optimizar esta tecnología y para ampliar el espectro de aplicaciones potenciales. El enfoque de la investigación y aplicación de la fotocatálisis incluye recubrimientos con propiedades anti-adherentes o anti-huellas dactilares, repelenciaa la mugre, la descomposición de materia orgánica, asociada a los microbios o a la grasa y la captura de CO2 combinada con producción de hidrógeno. En la Figura 2 se presenta una serie de aplicaciones de la fotocatálisis.
Entre los diversos semiconductores de óxido y no-oxido, el rendimiento fotocatalítico del dióxido de titanio (TiO2 o titania) es el más intensamente estudiado; debido a suinactividad biológica y química, a su gran poder oxidante, a la buena rentabilidad que ofrece, a su estabilidad a largo plazo contra la corrosión por efectos químicos y de luz y especialmente a los bordes de su banda de energía, los cuales coinciden con los potenciales redox del agua. Sin embargo, este rendimiento fotocatalítico del TiO2 aun debe ser reforzado, considerando ahora un enfoque prácticoy comercial. Esto último derivado de la alta velocidad de recombinación de los pares electrón-hueco fotogenerados y del estrecho intervalo de respuesta a la luz, consecuencia del amplio valor de su banda prohibida. Para resolver estos problemas, muchos métodos han sido propuestos para mejorar la actividad fotocatalítica del TiO2, incluyendo modificación de la estructura cristalina y de latextura, ingeniería de la banda prohibida (estructura electrónica), el dopaje con iones metálicos, con carbono o nitrógeno, entre otros. Por otro lado, no obstante que se ha logrado activar al TiO2 en el espectro luz visible (cercano al UV) la eficiencia alcanzada es relativamente baja, lo que ha motivado a que se explore con otros óxidos semiconductores que se activen en todo el espectro de luz visible(400 – 800 nm).
Superficies autolimpiables, microbicidas, de fácil limpieza y antiempañantes
Los aspectos de limpieza y mantenimiento son clave para una gran variedad de aplicaciones de las superficies tratadas con fotocatalizadores. Este tipo de superficies se pueden dividir en dos vertientes: a) las superficies fotocatalíticas de autolimpieza, donde por acción de la luz se induce la...
La fotocatálisis es un fenómeno por el cual la luz puede reducir la energía de activación de una reacción química. Cuando un semiconductor absorbe un fotón con una energía higual o superior al valor de su energía de banda prohibida, Eg (que es la energía mínima necesaria para convertir el material en un conductor), un electrón de la banda de valencia sepromueve hacia la banda de conducción (Ver Figura 1). Esto conduce a la formación de dos portadores de carga: electrones en la banda de conducción, eˉCB, y un electrón vacío positivo dentro de la banda de valencia, que se conoce como un "hueco" y generalmente indicado con h+VB. Los electrones en estado excitado dentro de la banda de conducción y los huecos dentro de la banda de valencia puederecombinarse y disipar la energía inicial en forma de calor. También podrían ser atrapados en los estados superficiales metaestables o reaccionar con las moléculas adsorbidas en la superficie del semiconductor, aceptando y donando electrones.
En la última década, la importancia tanto tecnológica como económica de la fotocatálisis ha crecido considerablemente. Los incrementos en los rendimientos hansido fuertemente correlacionados a los avances en la nanotecnología; por ejemplo, utilizar fotocatalizadores nanoparticulados ha mejorado considerablemente la eficiencia catalítica de estos materiales.
Una gran variedad de aplicaciones que van desde superficies autolimpiables, anti-microbianas y antiempañantes, pasando por purificación de aire y agua, hasta producción de hidrógeno inducida por luzsolar, han sido desarrolladas y muchas de estas aplicaciones ya cuentan con la vía a productos comerciales. Sin embargo, una amplia investigación continúa para optimizar esta tecnología y para ampliar el espectro de aplicaciones potenciales. El enfoque de la investigación y aplicación de la fotocatálisis incluye recubrimientos con propiedades anti-adherentes o anti-huellas dactilares, repelenciaa la mugre, la descomposición de materia orgánica, asociada a los microbios o a la grasa y la captura de CO2 combinada con producción de hidrógeno. En la Figura 2 se presenta una serie de aplicaciones de la fotocatálisis.
Entre los diversos semiconductores de óxido y no-oxido, el rendimiento fotocatalítico del dióxido de titanio (TiO2 o titania) es el más intensamente estudiado; debido a suinactividad biológica y química, a su gran poder oxidante, a la buena rentabilidad que ofrece, a su estabilidad a largo plazo contra la corrosión por efectos químicos y de luz y especialmente a los bordes de su banda de energía, los cuales coinciden con los potenciales redox del agua. Sin embargo, este rendimiento fotocatalítico del TiO2 aun debe ser reforzado, considerando ahora un enfoque prácticoy comercial. Esto último derivado de la alta velocidad de recombinación de los pares electrón-hueco fotogenerados y del estrecho intervalo de respuesta a la luz, consecuencia del amplio valor de su banda prohibida. Para resolver estos problemas, muchos métodos han sido propuestos para mejorar la actividad fotocatalítica del TiO2, incluyendo modificación de la estructura cristalina y de latextura, ingeniería de la banda prohibida (estructura electrónica), el dopaje con iones metálicos, con carbono o nitrógeno, entre otros. Por otro lado, no obstante que se ha logrado activar al TiO2 en el espectro luz visible (cercano al UV) la eficiencia alcanzada es relativamente baja, lo que ha motivado a que se explore con otros óxidos semiconductores que se activen en todo el espectro de luz visible(400 – 800 nm).
Superficies autolimpiables, microbicidas, de fácil limpieza y antiempañantes
Los aspectos de limpieza y mantenimiento son clave para una gran variedad de aplicaciones de las superficies tratadas con fotocatalizadores. Este tipo de superficies se pueden dividir en dos vertientes: a) las superficies fotocatalíticas de autolimpieza, donde por acción de la luz se induce la...
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