рухаються по кристалічній решітці, утвореної катіонами Тi 4 + і аніонами кисню О 2 - . В основному стані електрони пов'язані з яким-небудь іоном кристалічної решітки і беруть участь в утворенні хімічного зв'язку. Для перекладу електрона з зв'язаного стану у вільний необхідно затратити енергію не менше 3,2 еВ. Ця енергія може бути доставлена ​​квантами світла з довжиною хвилі <390 нм. Таким чином, при поглинанні світла в обсязі частинки ТiO 2 народжуються вільний електрон і електронна вакансія (дірка). Електрон і дірка - досить рухливі освіти, і, рухаючись у частці напівпровідника, частина з них рекомбинирует, а частина виходить на поверхню і захоплюється нею. Захоплені поверхнею електрон і дірка є цілком конкретними хімічними частками. Наприклад, електрон - це, ймовірно, Тi 3 + на поверхні, а дірка локалізується на гратчастому поверхневому кисні, утворюючи Про - . Ці частинки надзвичайно реакційноздатні: потенціал електрона
~ -0,1 В, потенціал дірки ~ + 3 В щодо нормального водневого електрода. Таким чином, електрон може реагувати з киснем:
В
В
При цьому утворюються такі потужні окислювачі, як OH-і О-радикали. У водних розчинах або при низьких концентраціях кисню електрон може реагувати з молекулою Н 2 О, утворюючи гідроксид-іон і радикал Н.
Дірка реагує або з водою
h + H 2 O OH + H +
або з будь-яким адсорбованим органічним (в деяких випадках і неорганічним) з'єднанням:
В
ОН-радикал або Про - також здатні окислити будь органічна сполука. Таким чином, поверхня ТiO2 під світлом стає найсильнішим окислювачем.
Очищення повітря від органічних домішок
До справжнього моменту вже показано, що на поверхні ТiO 2 можуть бути окислені (мінералізовані) до СО 2 і Н 2 Про практично будь-які органічні сполуки. Якщо до складу сполук входять азот або атоми галогену X, то в продуктах реакції будуть спостерігатися HNO 3 і НХ. Єдиним відомим прикладом з'єднання, яка не піддається на поверхні ТiO 2 окисленню під дією світла, є тетрахлорметан, але вже трихлоретилен руйнується на ТiO 2 під дією світла з квантовим виходом, що перевищує одиницю. Це пов'язано з тим, що на поверхні ТiO 2 може утворюватися атомарний С, який, десорбіруясь з поверхні, стимулює ланцюговий процес розкладання вихідного трихлоретилена.
На практиці будь фотокаталітичний очищувач повітря включає в себе пористий носій з нанесеним ТiO2, який опромінюється світлом і через який продувається повітря. Так, на малюнку показано пристрій побутового фотокаталітичного очищувача повітря, розробленого Інформаційно-технологічним інститутом (Москва) і Інститутом каталізу Сибірського відділення РАН. br/>В
Фотокаталітичний очищувач повітря
...
