फोटोकैटलिसिस: Difference between revisions

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=== प्रारंभिक उल्लेख (1911-1938) ===
=== प्रारंभिक उल्लेख (1911-1938) ===
सबसे पहला उल्लेख 1911 में आया, जब [[जर्मनों]] रसायनशास्त्री डॉ. एलेक्जेंडर आइबनेर ने गहरे नीले वर्णक, प्रशियाई नीले रंग के विरंजन पर [[ज़िंक ऑक्साइड]] (ZnO) की रोशनी के अपने शोध में अवधारणा को एकीकृत किया।<ref>{{Cite journal|last=Eibner|first=Alexander|date=1911|title=Action of Light on Pigments I|journal=Chem-ZTG|volume=35|pages=753–755}}</ref><ref name=":0">{{Cite book|title=Design of Advanced Photocatalytic Materials for Energy and Environmental Applications|url=https://archive.org/details/designadvancedph00coro|url-access=limited|last1=Coronado|first1=Juan M.|last2=Fresno|first2=Fernando|last3=Hernández-Alonso|first3=María D.|last4=Portela|first4=Racquel|publisher=Springer|year=2013|isbn=978-1-4471-5061-9|location=London|pages=[https://archive.org/details/designadvancedph00coro/page/n10 1]–5|doi=10.1007/978-1-4471-5061-9|hdl=10261/162776}}</ref> इस समय के आसपास, ब्रूनर और कोज़ाक ने एक लेख प्रकाशित किया जिसमें रोशनी के तहत [[यूरेनिल]] लवण की उपस्थिति में ऑक्सालिक एसिड की गिरावट पर चर्चा की गई थी।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Bruner|first1=L.|last2=Kozak|first2=J.|date=1911|title=Information on the Photocatalysis I The Light Reaction in Uranium Salt Plus Oxalic Acid Mixtures|journal=Elktrochem Agnew P|volume=17|pages=354–360}}</ref> जबकि 1913 में, लैंडौ ने एक लेख प्रकाशित किया जिसमें फोटोकैटलिसिस की घटना की व्याख्या की गई थी। उनके योगदान से [[एक्टिनोमीटर]] का विकास हुआ, माप जो फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं में फोटॉन प्रवाह को निर्धारित करने का आधार प्रदान करते हैं।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last=Landau|first=M.|date=1913|title=Le Phénomène de la Photocatalyse|journal=Compt. Rend.|volume=156|pages=1894–1896}}</ref> एक अंतराल के बाद, 1921 में, बाली एट अल। दृश्य प्रकाश के तहत [[formaldehyde]] के निर्माण के लिए उत्प्रेरक के रूप में फेरिक हाइड्रॉक्साइड और कोलाइडल यूरेनियम लवण का उपयोग किया।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Baly|first1=E.C.C.|last2=Helilbron|first2=I.M.|last3=Barker|first3=W.F.|date=1921|title=Photocatalysis. Part I. The Synthesis of Formaldehyde and Carbohydrates from Carbon Dioxide and Water.|url=https://zenodo.org/record/1503399|journal=J Chem Soc|volume=119|pages=1025–1035|doi=10.1039/CT9211901025}}</ref>
सबसे पहला उल्लेख 1911 में आया, जब [[Index.php?title=जर्मन|जर्मन]] रसायनशास्त्री डॉ. एलेक्जेंडर आइबनेर ने गहरे नीले वर्णक, प्रशियाई नीले रंग के विरंजन पर [[ज़िंक ऑक्साइड]] (ZnO) की रोशनी के अपने शोध में इस अवधारणा को एकीकृत किया।<ref>{{Cite journal|last=Eibner|first=Alexander|date=1911|title=Action of Light on Pigments I|journal=Chem-ZTG|volume=35|pages=753–755}}</ref><ref name=":0">{{Cite book|title=Design of Advanced Photocatalytic Materials for Energy and Environmental Applications|url=https://archive.org/details/designadvancedph00coro|url-access=limited|last1=Coronado|first1=Juan M.|last2=Fresno|first2=Fernando|last3=Hernández-Alonso|first3=María D.|last4=Portela|first4=Racquel|publisher=Springer|year=2013|isbn=978-1-4471-5061-9|location=London|pages=[https://archive.org/details/designadvancedph00coro/page/n10 1]–5|doi=10.1007/978-1-4471-5061-9|hdl=10261/162776}}</ref> इस समय के आसपास, ब्रूनर और कोज़ाक ने एक लेख प्रकाशित किया जिसमें रोशनी के तहत [[यूरेनिल]] लवण की उपस्थिति में ऑक्सालिक एसिड की गिरावट पर चर्चा की गई थी।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Bruner|first1=L.|last2=Kozak|first2=J.|date=1911|title=Information on the Photocatalysis I The Light Reaction in Uranium Salt Plus Oxalic Acid Mixtures|journal=Elktrochem Agnew P|volume=17|pages=354–360}}</ref> जबकि 1913 में, लैंडौ ने एक लेख प्रकाशित किया जिसमें फोटोकैटलिसिस की घटना की व्याख्या की गई थी। उनके योगदान ने [[एक्टिनोमीटर]] माप के विकास को प्रेरित किया , माप जो फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं में फोटॉन प्रवाह को निर्धारित करने का आधार प्रदान करते हैं।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last=Landau|first=M.|date=1913|title=Le Phénomène de la Photocatalyse|journal=Compt. Rend.|volume=156|pages=1894–1896}}</ref> एक अंतराल के बाद, 1921 में, बाली एट अल ने दृश्य प्रकाश के तहत फॉर्मलडिहाइड के निर्माण के लिए उत्प्रेरक के रूप में फेरिक हाइड्रॉक्साइड और कोलाइडल यूरेनियम लवण का उपयोग किया।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Baly|first1=E.C.C.|last2=Helilbron|first2=I.M.|last3=Barker|first3=W.F.|date=1921|title=Photocatalysis. Part I. The Synthesis of Formaldehyde and Carbohydrates from Carbon Dioxide and Water.|url=https://zenodo.org/record/1503399|journal=J Chem Soc|volume=119|pages=1025–1035|doi=10.1039/CT9211901025}}</ref>
1938 में डूडेव और किचनर ने इसकी खोज की {{chem|TiO|2}} , एक अत्यधिक स्थिर और गैर विषैले ऑक्साइड, ऑक्सीजन की उपस्थिति में विरंजन रंगों के लिए एक फोटोसेंसिटाइज़र के रूप में कार्य कर सकता है, क्योंकि [[पराबैंगनी प्रकाश]] द्वारा अवशोषित होता है {{chem|TiO|2}} इसकी सतह पर सक्रिय ऑक्सीजन प्रजातियों का उत्पादन हुआ, जिसके परिणामस्वरूप [[photooxidation]] के माध्यम से कार्बनिक रसायनों का धब्बा हो गया। यह विषम फोटोकैटलिसिस की मूलभूत विशेषताओं का पहला अवलोकन था।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Goodeve|first1=C.F.|last2=Kitchener|first2=J.A.|date=1938|title=The Mechanism of Photosensitization by Solids|journal= Transactions of the Faraday Society|volume=34|pages=902–912|doi=10.1039/tf9383400902}}</ref>
1938 में डूडेव और किचनर ने पाया की {{chem|TiO|2}} , एक अत्यधिक स्थिर और गैर विषैले ऑक्साइड, ऑक्सीजन की उपस्थिति में विरंजन रंगों के लिए एक फोटोसेंसिटाइज़र के रूप में कार्य कर सकता है,क्योंकि {{chem|TiO|2}} के द्वारा अवशोषित [[पराबैंगनी प्रकाश]] ने इसकी सतह पर सक्रिय ऑक्सीजन प्रजातियों के उत्पादन का नेतृत्व किया, जिसके परिणामस्वरूप फोटोऑक्सीडेशन के माध्यम से कार्बनिक रसायनों का धब्बा हो गया। यह विषम फोटोकैटलिसिस की मूलभूत विशेषताओं का पहला अवलोकन था।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Goodeve|first1=C.F.|last2=Kitchener|first2=J.A.|date=1938|title=The Mechanism of Photosensitization by Solids|journal= Transactions of the Faraday Society|volume=34|pages=902–912|doi=10.1039/tf9383400902}}</ref>




Revision as of 23:19, 18 February 2023

उपरोक्त प्रयोग में, एक प्रकाश स्रोत (दाहिनी ओर फ्रेम के बाहर) से फोटॉनों को टाइटेनियम डाइऑक्साइड की सतह द्वारा अवशोषित किया जाता है (TiO
2) डिस्क, सामग्री के भीतर रोमांचक इलेक्ट्रॉन। ये तब पानी के अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, इसे हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के अपने घटकों में विभाजित करते हैं। इस प्रयोग में, पानी में घुले रसायन ऑक्सीजन के निर्माण को रोकते हैं, जो अन्यथा हाइड्रोजन के साथ पुनर्संयोजित हो जाएगा।

रसायन विज्ञान में,फोटोकैटलिसिस एक फोटोकैटलिस्ट की उपस्थिति में एक फोटोरिएक्शन का त्वरण है , जिसकी उत्तेजित अवस्था जिसमे प्रतिक्रिया भागीदारों के साथ बार-बार प्रतिक्रिया करती है जो प्रतिक्रिया मध्यवर्ती बनते है और इस तरह के प्रत्येक पारस्परिक क्रिया के बाद खुद को पुन: उत्पन्न करते है।[1] कई मामलों में, उत्प्रेरक एक ठोस है जो यूवी- या दृश्यमान प्रकाश के साथ विकिरण पर इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े उत्पन्न करता है जो मुक्त कण उत्पन्न करते है।

इतिहास

प्रारंभिक उल्लेख (1911-1938)

सबसे पहला उल्लेख 1911 में आया, जब जर्मन रसायनशास्त्री डॉ. एलेक्जेंडर आइबनेर ने गहरे नीले वर्णक, प्रशियाई नीले रंग के विरंजन पर ज़िंक ऑक्साइड (ZnO) की रोशनी के अपने शोध में इस अवधारणा को एकीकृत किया।[2][3] इस समय के आसपास, ब्रूनर और कोज़ाक ने एक लेख प्रकाशित किया जिसमें रोशनी के तहत यूरेनिल लवण की उपस्थिति में ऑक्सालिक एसिड की गिरावट पर चर्चा की गई थी।[3][4] जबकि 1913 में, लैंडौ ने एक लेख प्रकाशित किया जिसमें फोटोकैटलिसिस की घटना की व्याख्या की गई थी। उनके योगदान ने एक्टिनोमीटर माप के विकास को प्रेरित किया , माप जो फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं में फोटॉन प्रवाह को निर्धारित करने का आधार प्रदान करते हैं।[3][5] एक अंतराल के बाद, 1921 में, बाली एट अल ने दृश्य प्रकाश के तहत फॉर्मलडिहाइड के निर्माण के लिए उत्प्रेरक के रूप में फेरिक हाइड्रॉक्साइड और कोलाइडल यूरेनियम लवण का उपयोग किया।[3][6] 1938 में डूडेव और किचनर ने पाया की TiO
2 , एक अत्यधिक स्थिर और गैर विषैले ऑक्साइड, ऑक्सीजन की उपस्थिति में विरंजन रंगों के लिए एक फोटोसेंसिटाइज़र के रूप में कार्य कर सकता है,क्योंकि TiO
2 के द्वारा अवशोषित पराबैंगनी प्रकाश ने इसकी सतह पर सक्रिय ऑक्सीजन प्रजातियों के उत्पादन का नेतृत्व किया, जिसके परिणामस्वरूप फोटोऑक्सीडेशन के माध्यम से कार्बनिक रसायनों का धब्बा हो गया। यह विषम फोटोकैटलिसिस की मूलभूत विशेषताओं का पहला अवलोकन था।[3][7]


1964-1981

प्रकाश-उत्प्रेरण में अनुसंधान फिर से 1964 तक रुका रहा, जब वी.एन. फिलिमोनोव ने ZnO और से आइसोप्रोपाइल एल्कोहल फोटोऑक्सीडेशन की जांच की TiO
2 ;[3][8] जबकि 1965 में काटो और माशियो, डोरफ्लर और हॉफ, और इकेकावा एट अल। (1965) के ऑक्सीकरण/फोटोऑक्सीडेशन का पता लगाया CO
2 और ZnO चमक से ऑर्गेनिक सॉल्वेंट[3][9][10][11] 1970 में, फोरमेंटी एट अल। और तनाका और ब्लाइहोल्ड ने विभिन्न अल्केन्स के ऑक्सीकरण और एन के फोटोकेटलिटिक क्षय को देखा2ओ, क्रमशः।[3][12][13] 1972 में एक सफलता मिली, जब अकीरा फुजिशिमा और केनिची होंडा ने पाया कि पानी का इलेक्ट्रोकेमिकल Photodissociation तब हुआ जब ए TiO
2 पराबैंगनी प्रकाश से विकिरणित इलेक्ट्रोड विद्युत रूप से प्लैटिनम इलेक्ट्रोड से जुड़ा था। चूंकि पराबैंगनी प्रकाश द्वारा अवशोषित किया गया था TiO
2 इलेक्ट्रोड, इलेक्ट्रॉन एनोड से प्लैटिनम कैथोड तक प्रवाहित होते हैं जहां हाइड्रोजन गैस का उत्पादन होता था। यह स्वच्छ और लागत प्रभावी स्रोत से हाइड्रोजन उत्पादन के पहले उदाहरणों में से एक था, क्योंकि हाइड्रोजन का अधिकांश उत्पादन क्रैकिंग (रसायन विज्ञान) और गैसीकरण से होता है।[3][14] फुजिशिमा और होंडा के निष्कर्षों ने अन्य प्रगति की ओर अग्रसर किया। 1977 में, नोज़िक ने पाया कि इलेक्ट्रोकेमिकल फोटोलिसिस प्रक्रिया में एक महान धातु का समावेश, जैसे प्लेटिनम और सोना, दूसरों के बीच, फोटोएक्टिविटी को बढ़ा सकता है, और यह कि बाहरी क्षमता की आवश्यकता नहीं थी।[3][15] वैगनर और सोमोरजई (1980) और सकाटा और कवाई (1981) ने स्ट्रोंटियम टाइटेनेट (SrTiO) की सतह पर हाइड्रोजन उत्पादन को चित्रित किया।3) फोटोजेनरेशन के माध्यम से, और की रोशनी से हाइड्रोजन और मीथेन की पीढ़ी TiO
2 और एडम्स उत्प्रेरक | PtO2क्रमशः इथेनॉल में।[3][16][17] फोटोकैटलिसिस व्यावसायिक उद्देश्यों के लिए विकसित नहीं किया गया है। चू एट अल। (2017) ने पानी के इलेक्ट्रोकेमिकल फोटोलिसिस के भविष्य का आकलन किया, एक लागत प्रभावी, ऊर्जा-कुशल फोटोइलेक्ट्रॉनिक (पीईसी) टेंडेम सेल विकसित करने की अपनी प्रमुख चुनौती पर चर्चा की, जो "प्राकृतिक प्रकाश संश्लेषण की नकल करेगा।[3][18]


फोटोकैटलिसिस के प्रकार

सजातीय फोटोकैटलिसिस

सजातीय प्रकाश उत्प्रेरण में, अभिकारक और प्रकाश उत्प्रेरण एक ही चरण में मौजूद होते हैं। सजातीय फोटोकैटलिसिस में एक गहन अध्ययन विषय में ओजोन का विनाश शामिल है:

2 O3 → 3 O2


विषम फोटोकैटलिसिस

विषम कटैलिसीस में उत्प्रेरक अभिकारकों से भिन्न चरण में होता है। विषम फोटोकैटलिसिस एक अनुशासन है जिसमें बड़ी संख्या में प्रतिक्रियाएं शामिल हैं: हल्के या कुल ऑक्सीकरण, डिहाइड्रोजनीकरण, हाइड्रोजन स्थानांतरण, 18ओ2–16ओ2 और ड्यूटेरियम-अल्केन समस्थानिक विनिमय, धातु जमाव, जल विषहरण, और गैसीय प्रदूषक हटाने।

अधिकांश विषम फोटोकैटलिस्ट संक्रमण धातु ऑक्साइड और अर्धचालक हैं। धातुओं के विपरीत, जिनमें इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं की निरंतरता होती है, सेमीकंडक्टर्स के पास एक शून्य ऊर्जा क्षेत्र होता है जहां ठोस में फोटोएक्टिवेशन द्वारा उत्पादित इलेक्ट्रॉन और छेद के पुनर्संयोजन को बढ़ावा देने के लिए कोई ऊर्जा स्तर उपलब्ध नहीं होता है। ऊर्जा का शून्य क्षेत्र, जो भरे हुए वैलेंस बैंड के ऊपर से खाली कंडक्शन बैंड के नीचे तक फैला होता है, बैंड गैप कहलाता है।[19] जब सामग्री के बैंड गैप के बराबर या उससे अधिक ऊर्जा वाला एक फोटॉन सेमीकंडक्टर द्वारा अवशोषित होता है, तो एक इलेक्ट्रॉन वैलेंस बैंड से कंडक्शन बैंड तक उत्तेजित होता है, जो वैलेंस बैंड में एक छेद बनाता है। इस तरह के फोटोजनित इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्म को एक exciton कहा जाता है। उत्साहित इलेक्ट्रॉन और छिद्र इलेक्ट्रॉन के उत्तेजना से प्राप्त ऊर्जा को गर्मी के रूप में पुन: संयोजित और मुक्त कर सकते हैं। इस तरह के एक्सिटोन पुनर्संयोजन अवांछनीय है और उच्च स्तर की लागत दक्षता है। कार्यात्मक फोटोकैटेलिस्ट विकसित करने के प्रयास अक्सर एक्सिटोन जीवनकाल बढ़ाने पर जोर देते हैं, विविध दृष्टिकोणों का उपयोग करके इलेक्ट्रॉन-छिद्र पृथक्करण में सुधार करते हैं जो चरण हेटेरो-जंक्शन (जैसे एनाटेस-रूटाइल इंटरफेस), नोबल-मेटल nanoparticle्स, सिलिकॉन नैनोवायर और प्रतिस्थापन कटियन डोपिंग जैसी संरचनात्मक विशेषताओं पर भरोसा कर सकते हैं। .[20] फोटोकैटलिस्ट डिजाइन का अंतिम लक्ष्य ऑक्सीडेंट के साथ उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की प्रतिक्रिया को कम उत्पादों का उत्पादन करने के लिए, और / या ऑक्सीकृत उत्पादों का उत्पादन करने के लिए रिडक्टेंट्स के साथ उत्पन्न छिद्रों की प्रतिक्रिया को सुविधाजनक बनाना है। सकारात्मक छिद्रों और उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की उत्पत्ति के कारण, प्रकाश से विकिरणित अर्धचालकों की सतह पर ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रियाएं होती हैं।

ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रिया के एक तंत्र में, छिद्र सतह पर मौजूद नमी के साथ प्रतिक्रिया करते हैं और एक हाइड्रॉक्सिल रेडिकल का उत्पादन करते हैं। धातु ऑक्साइड (एमओ) सतह में फोटो-प्रेरित एक्सिटोन पीढ़ी द्वारा प्रतिक्रिया शुरू होती है:

एमओ + hν → एमओ (एच+ + और−)

फोटोकैटलिटिक प्रभाव के कारण ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रियाएं:

एच+ + एच2ओ → एच+ + •ओह
2 घंटे+ + 2 एच2ओ → 2 एच+ + एच2O2 :एच2O2→ 2 • ओह

फोटोकैटलिटिक प्रभाव के कारण रिडक्टिव प्रतिक्रियाएं:

इ− + ओ2 → •O2-</सुप>
• ओ2− + एच2ओ + एच+ → एच2O2 + ओ2
एच2O2 → 2 • ओह

अंततः, दोनों प्रतिक्रियाओं में हाइड्रॉक्सिल रेडिकल उत्पन्न होते हैं। ये रेडिकल प्रकृति में ऑक्सीडेटिव होते हैं और ई की रेडॉक्स क्षमता के साथ गैर-चयनात्मक होते हैं0 = +3.06 वी।[21] टाइटेनियम डाइऑक्साइड |TiO
2विषम कटैलिसीस के लिए एक आम पसंद है। रासायनिक वातावरण और लंबी अवधि की फोटोस्टेबिलिटी के लिए जड़ता बना दी गई है TiO
2 कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों में एक महत्वपूर्ण सामग्री। TiO
2 एक वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर|वाइड बैंड-गैप सेमीकंडक्टर है। इसकी आमतौर पर रूटाइल (बैंडगैप 3.0 ईवी) और एनाटेज (बैंडगैप 3.2 ईवी) चरणों में जांच की जाती है। फोटोकैटलिटिक प्रतिक्रियाएं अर्धचालक के बैंड अंतराल के बराबर या उससे अधिक ऊर्जा के साथ रोशनी के अवशोषण द्वारा शुरू की जाती हैं। यह इलेक्ट्रॉन-छेद पैदा करता है (ई-</सुप> /एच+) जोड़े: <रेफरी नाम = इभादों 189–218 >Ibhadon, Alex; Fitzpatrick, Paul (2013-03-01). "विषम फोटोकैटलिसिस: हाल के अग्रिम और अनुप्रयोग". Catalysts. 3 (1): 189–218. doi:10.3390/catal3010189. ISSN 2073-4344. CC-BY icon.svgटेक्स्ट को इस स्रोत से कॉपी किया गया था, जो Creative Commons Attribution 3.0 (CC BY 3.0) लाइसेंस के तहत उपलब्ध है।</ref>

जहां इलेक्ट्रॉन वैलेंस और कंडक्शन बैंड में है और होल वैलेंस और कंडक्शन बैंड में है। विकिरणित TiO
2 कण अर्धचालक के संपर्क में अणुओं के लिए इलेक्ट्रॉन दाता या स्वीकर्ता के रूप में व्यवहार कर सकता है। यह अवशोषित प्रजातियों के साथ रिडॉक्स प्रतिक्रियाओं में भाग ले सकता है, क्योंकि वैलेंस बैंड होल जोरदार ऑक्सीकरण कर रहा है जबकि कंडक्शन बैंड इलेक्ट्रॉन जोरदार रूप से कम हो रहा है। <रेफरी नाम = इभाडन 189-218 />

प्लास्मोनिक एंटीना-रिएक्टर फोटोकैटलिसिस

एक प्लास्मोनिक एंटीना-रिएक्टर फोटोकैटलिस्ट एक फोटोकैटलिस्ट है जो एक उत्प्रेरक को संलग्न एंटीना के साथ जोड़ता है जो उत्प्रेरक की प्रकाश को अवशोषित करने की क्षमता को बढ़ाता है, जिससे इसकी दक्षता बढ़ जाती है।

एक सिलिकॉन डाइऑक्साइड |SiO
2एक एयू प्रकाश अवशोषक के साथ संयुक्त उत्प्रेरक ने हाइड्रोजन सल्फाइड-से-हाइड्रोजन प्रतिक्रियाओं को त्वरित किया। यह प्रक्रिया परंपरागत क्लॉस प्रक्रिया का एक विकल्प है जो कि पर संचालित होती है 800–1,000 °C (1,470–1,830 °F).[22] Cu प्रकाश अवशोषक के साथ मिलकर एक Fe उत्प्रेरक अमोनिया से हाइड्रोजन का उत्पादन कर सकता है (NH
3) दृश्यमान प्रकाश का उपयोग करके परिवेश के तापमान पर। पारंपरिक Cu-Ru उत्पादन संचालित होता है 650–1,000 °C (1,202–1,832 °F).[23]


अनुप्रयोग

फाइल: ZnO पेपर.टिफ|थंब|पेपर में पल्प (कागज) (डार्क फाइबर) और टेट्रापोडल जिंक ऑक्साइड माइक्रोमीटर कण (सफेद और नुकीला) की SEM छवि।[24]फोटोएक्टिव उत्प्रेरक पिछले एक दशक में पेश किए गए हैं, जैसे कि TiO
2 और ZnO नैनो रोड्स। अधिकांश इस तथ्य से पीड़ित हैं कि वे अपनी बैंड संरचना के कारण केवल यूवी विकिरण के तहत ही प्रदर्शन कर सकते हैं। ग्राफीन-जेएनओ नैनोकम्पाउंड समेत अन्य फोटोकैटलिस्ट इस समस्या का मुकाबला करते हैं।[25]


कागज

पायलट पल्प और पेपर उद्योग में सूक्ष्म आकार के जिंक ऑक्साइड टेट्रापोडल कण जोड़े गए।[24] सबसे आम एक-आयामी नैनोस्ट्रक्चर हैं, जैसे के nanorod-्स, नैनोट्यूब, नैनोफाइबर, नैनोवायर, लेकिन नैनोप्लेट्स, नैनोशीट्स, नैनोस्फेयर, टेट्रापोड भी। ZnO जोरदार ऑक्सीडेटिव, रासायनिक रूप से स्थिर है, बढ़ी हुई फोटोकैटलिटिक गतिविधि के साथ, और एक बड़ी मुक्त-उत्तेजना बाध्यकारी ऊर्जा है। यह गैर-विषाक्त, प्रचुर मात्रा में, जैव-संगतता, जैव-निम्नीकरणीय, पर्यावरण के अनुकूल, कम लागत और सरल रासायनिक संश्लेषण के साथ संगत है। ZnO सौर विकिरण के तहत फोटोकैटलिसिस में इसके व्यापक उपयोग की सीमा का सामना करता है। बैंड गैप को कम करने और चार्ज वाहक पृथक्करण में सुधार के लिए डोपिंग (सेमीकंडक्टर) सहित इस सीमा को दूर करने के लिए कई दृष्टिकोण सुझाए गए हैं।[26]


पानी का बंटवारा

Main article: Photocatalytic water splitting

Photocatalytic जल विभाजन पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में अलग करता है:[27] :2 H2O → 2 H2 + O2 सबसे प्रचलित जांच सामग्री, TiO
2 , अक्षम है। का मिश्रण TiO
2 और निकल ऑक्साइड (NiO) अधिक क्रियाशील होते हैं। NiO दृश्यमान स्पेक्ट्रम के महत्वपूर्ण दोहन की अनुमति देता है।[28] पराबैंगनी रेंज में एक कुशल फोटोकैटलिस्ट सोडियम टैंटेलाइट (NaTaO3) लेण्टेनियुम के साथ डोप किया गया और निकल ऑक्साइड cocatalyst के साथ लोड किया गया। सतह को लेण्टेनियुम के साथ डोपिंग से नैनोस्टेप्स के साथ ग्रूव किया गया है (3-15 एनएम रेंज, नैनोटेक्नोलॉजी देखें)। NiO कण किनारों पर मौजूद होते हैं, जिसमें खांचे से ऑक्सीजन निकलती है।

सेल्फ-क्लीनिंग ग्लास

रंजातु डाइऑक्साइड सेल्फ-क्लीनिंग ग्लास में भाग लेता है। मुक्त कण[29][30] से उत्पन्न TiO
2 कार्बनिक यौगिकों का ऑक्सीकरण करें।[31][32] खुरदरा कील जैसा TiO
2 सतह को ऑक्टाडेसिलोफॉस्फोनिक एसिड (ODP) के हाइड्रोफोबिक मोनोलेयर के साथ संशोधित किया जा सकता है। TiO
2 सतहें जो 10 सेकंड के लिए प्लाज्मा (भौतिकी) से उकेरी गई थीं और बाद में ODP के साथ सतह के संशोधनों ने 150◦ से अधिक जल संपर्क कोण दिखाया। यूवी रोशनी पर सतह को एक सुपरहाइड्रोफिलिक सतह (जल संपर्क कोण = 0◦) में परिवर्तित कर दिया गया था, जिसके परिणामस्वरूप ऑक्टाडेसिलोफॉस्फोनिक एसिड कोटिंग का तेजी से अपघटन हुआ TiO
2 फोटोकैटलिसिस। इस कारण TiO
2 के व्यापक बैंड अंतराल, अर्धचालक सामग्री द्वारा प्रकाश अवशोषण और अनोपेड के परिणामी सुपरहाइड्रोफिलिक रूपांतरण TiO
2 पराबैंगनी विकिरण (तरंग दैर्ध्य <390 nm) की आवश्यकता होती है और इस तरह स्वयं-सफाई को बाहरी अनुप्रयोगों तक सीमित कर देता है।[33]


कीटाणुशोधन और सफाई

  • जल कीटाणुशोधन / परिशोधन,[34] सौर जल कीटाणुशोधन (SODIS) का एक रूप।[35][36] Adsorbents Tetrachlorethylene जैसे ऑर्गेनिक्स को आकर्षित करते हैं। Adsorbents को 18 घंटे के लिए पैक्ड बेड में रखा जाता है। खर्च किए गए अधिशोषकों को पुनर्जनन द्रव में रखा जाता है, अधिशोषण के दौरान पानी के प्रवाह के विपरीत गर्म पानी को प्रवाहित करके अनिवार्य रूप से जुड़े कार्बनिक पदार्थों को हटा दिया जाता है। पुनर्जनन द्रव शेष जीवों को हटाने और विघटित करने के लिए सिलिका जेल फोटोकैटलिस्ट्स के निश्चित बिस्तरों से होकर गुजरता है।
  • TiO
    2     स्व-नसबंदी (माइक्रोबायोलॉजी) कोटिंग्स (खाद्य संपर्क सतहों और अन्य वातावरणों में आवेदन के लिए जहां माइक्रोबियल रोगजनक अप्रत्यक्ष संपर्क से फैलते हैं)।[37] * चुंबकीय TiO
    2     एक चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके उत्तेजित जैविक संदूषकों का नैनोपार्टिकल ऑक्सीकरण।[38]
  • सर्जिकल उपकरणों का स्टरलाइजेशन और इलेक्ट्रिकल और ऑप्टिकल घटकों से उंगलियों के निशान हटाना।[39]


से हाइड्रोकार्बन उत्पादन CO
2

TiO
2 कार्बन डाइऑक्साइड का रूपांतरण |CO
2गैसीय हाइड्रोकार्बन में।[40] प्रस्तावित प्रतिक्रिया तंत्र में कार्बन मोनोऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड से अत्यधिक प्रतिक्रियाशील कार्बन रेडिकल का निर्माण शामिल है जो अंततः मीथेन बनाने के लिए फोटोजेनरेटेड प्रोटॉन के साथ प्रतिक्रिया करता है। की दक्षता TiO
2 आधारित फोटोकैटलिस्ट कम हैं, हालांकि कार्बन नैनोट्यूब जैसे नैनोस्ट्रक्चर[41] और धात्विक नैनोकण[42] मदद करना।

पेंट्स

ईपेंट पारंपरिक गन्दगी रोधी समुद्री पेंट का एक कम विषैला विकल्प है जो हाइड्रोजन पेरोक्साइड उत्पन्न करता है।

पॉलीपिरिडाइल कॉम्प्लेक्स द्वारा कार्बनिक प्रतिक्रियाओं का फोटोकैटलिसिस,[43] पोर्फिरीन,[44] या अन्य रंजक[45] शास्त्रीय दृष्टिकोण से दुर्गम सामग्री का उत्पादन कर सकते हैं। अधिकांश फोटोकैटलिटिक डाई डिग्रेडेशन अध्ययनों ने नियोजित किया है TiO
2. का एनाटेज रूप TiO
2 उच्च फोटॉन अवशोषण गुण हैं।[46]


निस्पंदन झिल्ली

निस्पंदन झिल्ली के लिए एंटीफ्लिंग कोटिंग्स,[47] पृथक्करण परत के रूप में कार्य कर सकता है[48] उभरती चिंता गिरावट के दूषित पदार्थों के लिए।[49] या Cr(VI) हटाना।[50]


निर्माण

Light2CAT 2012 से 2015 तक यूरोपीय आयोग द्वारा वित्त पोषित एक परियोजना थी। इसका उद्देश्य एक संशोधित विकसित करना था TiO
2 जो दृश्यमान प्रकाश को अवशोषित कर सकता है और इस संशोधित को शामिल कर सकता है TiO
2 निर्माण कंक्रीट में। TiO
2 }} NOx जैसे हानिकारक प्रदूषकों को NO में डिग्रेड करता है3-</सुप>. संशोधित TiO
2 कोपेनहेगन और होलबेक, डेनमार्क और वालेंसिया, स्पेन में उपयोग किया गया था। इस "स्व-सफाई" कंक्रीट के कारण एक वर्ष के दौरान NOx में 5-20% की कमी आई।[51][52]


परिमाणीकरण

ISO 22197-1:2007 माप के लिए एक परीक्षण विधि निर्दिष्ट करता है NO
2 उन सामग्रियों को हटाना जिनमें एक फोटोकैटलिस्ट होता है या सतही फोटोकैटलिटिक फिल्में होती हैं।[53] विशिष्ट फूरियर रूपांतरण अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी सिस्टम का उपयोग विशेष रूप से वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों और प्रतिनिधि बाइंडर मैट्रिक्स के संबंध में फोटोकेटलिटिक गतिविधि या निष्क्रियता को चिह्नित करने के लिए किया जाता है।[54] मास स्पेक्ट्रोमेट्री गैसीय प्रदूषकों जैसे नाइट्रोजन एनओएक्स या के अपघटन को ट्रैक करके फोटोकैटलिटिक गतिविधि के मापन की अनुमति देता है CO
2 [55]


यह भी देखें

संदर्भ

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