Photocatalyseur
Définition
Un photocatalyseur est un matériau qui absorbe la lumière pour l'amener à un niveau d'énergie plus élevé et fournit cette énergie à une substance réactive pour provoquer une réaction chimique, la photocatalyse.
Les photocatalyseurs sont définis comme des matériaux qui décomposent des substances nocives sous les rayons solaires contenant des rayons UV.
L'action d'un photocatalyseur :
Le matériau photocatalyseur, tel qu'activé par la lumière, joue un rôle décisif pour effectuer une réaction photocatalytique efficace, et donc sa sélection doit être faite avec soin pour remplir à la fois, la structure électronique appropriée et l'énergie raisonnable de la lumière pour sa photoactivation comme le taux de la la réaction photocatalytique est indépendante du "site actif".
Explications
Les photocatalyseurs indiquent l'accélération d'une réaction chimique intervenant à la surface d'un matériau semi-conducteur (le catalyseur) provoquée par la présence de lumière. L'illumination du catalyseur provoque la génération de changements libres (électrons et trous) qui peuvent participer aux réactions chimiques, les provoquant (ou les accélérant).
Un photocatalyseur est tout matériau qui présente des propriétés photocatalytiques, c'est-à-dire la capacité de favoriser et d'accélérer des réactions chimiques spécifiques lors de la stimulation par une lumière de longueur d'onde appropriée. Les processus photocatalytiques surviennent via la participation de charges libres générées dans le photocatalyseur par la transition mécanique quantique des électrons vers un état mobile via l'annihilation des photons absorbés.
Comme ces charges libres qui diffusent vers la surface des matériaux, elles peuvent alors initier une réaction redox entre les réactifs adsorbés à la surface du photocatalyseur. Par conséquent, les longueurs d'onde "appropriées" mentionnées précédemment se réfèrent à des longueurs d'onde qui sont efficacement absorbées par le photocatalyseur.
Les photocatalyseurs sont généralement constitués d'oxydes métalliques, de sulfures métalliques, d'oxysulfures, d'oxynitrures et de leurs composites.
Divers photocatalyseurs tels que ZnO, ZnS, CdS, SrO2, WO3 et Fe-TiO2 ont été utilisés pour le traitement des polluants atmosphériques. Le plus populaire d'entre eux est le TiO2 en raison de son faible coût, de sa grande stabilité et de son respect de l'environnement. C'est un semi-conducteur qui est utilisé pour les réactions redox photo-induites pour la dégradation des COV.
Le photocatalyseur a été largement appliqué dans la séparation photocatalytique de l'eau pour la production d'hydrogène en présence de lumière UV et d'irradiation par la lumière visible.
Nanomatériaux
Les nanomatériaux photocatalyseurs avec des caractéristiques structurelles et physico-chimiques distinctives ont un énorme potentiel pour la photocatalyse, qui est l'une des approches les plus prometteuses pour convertir l'énergie solaire en énergie chimique. Cependant, l'application pratique des photocatalyseurs vierges est encore insatisfaisante et constitue un défi majeur.
Matériaux hybrides
Les photocatalyseurs avec adsorbants, tels que TiO2/graphite, TiO2/hydroxyapatite et TiO2/SiO2, ont une meilleure efficacité de dégradation des polluants organiques que les photocatalyseurs monolithiques. Les photocatalyseurs TiO2 ont d'excellentes propriétés photocatalytiques; cependant, ils ne peuvent pas adsorber les molécules à décomposer.
Par conséquent, ils ont un faible taux de dégradation des polluants. Pour pallier cet inconvénient, l'hybridation de photocatalyseurs et d'absorbants présente un intérêt pour réaliser des photocatalyseurs hybrides.
Séparation photocatalytique de l'eau
Le photocatalyseur a été largement appliqué dans la séparation photocatalytique de l'eau pour la production d'hydrogène en présence de lumière UV et d'irradiation par la lumière visible. Cependant, il existe des inconvénients tels que la réaction catalytique de surface, la séparation de la charge photogénérée et l'absorption du spectre solaire complet.
BiPO4 a montré d'excellentes photo-performances dans la production d'hydrogène ainsi que différentes méthodes d'amélioration. Dans une réaction de séparation de l'eau, la production de paires électron-trou photogénérées à la surface du photocatalyseur est initialisée par une irradiation photonique avec une irradiation photonique appropriée.
L'apparition de l'oxydation des molécules d'eau dans la bande de valence du photocatalyseur a entraîné la génération de la molécule d'oxygène et de quatre ions hydrogène chargés positivement. Ces ions hydrogène migreront vers la bande de conduction où existe la réduction des électrons photoexcités pour former des molécules d'hydrogène.
Synonymes, antonymes
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En rapport avec "photocatalyseur"
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Un biocatalyseur est une macromolécule naturelle qui accélère une réaction biochimique.
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