Wykorzystanie pełnego potencjału fotokatalizatorów w celu rekultywacji i rozszczepiania wody
Fotokataliza – fotoindukowane przyspieszenie szybkości reakcji chemicznej – przyciąga coraz większą uwagę w sektorze energii odnawialnej i rekultywacji środowiska. Ze względu na swoje wyjątkowe właściwości i wysoką efektywność kosztową nanocząstki tlenków metali są jednymi z najbardziej obiecujących materiałów w dziedzinie produkcji fotokatalizatorów. Aby w pełni wykorzystać potencjał wspomnianych nanomateriałów, w ramach finansowanego z funduszy unijnych projektu www.polito.it/phocscleen (PHOCSCLEEN) (Photocatalytic systems for clean energy and environment applications) przeprowadzono międzynarodową wymianę personelu badawczego między instytucjami partnerskimi z Kanady, Europy i Meksyku. Członkowie zespołu połączyli swoje siły, aby opracować, a następnie przetestować nowe materiały fotokatalityczne. Celem inicjatywy PHOCSCLEEN było stworzenie udoskonalonych materiałów fotokatalitycznych i bardziej wydajnych struktur, które byłyby w stanie wykorzystać większy zakres widma światła słonecznego. Naukowcy skupili się w szczególności na dwóch głównych wyzwaniach o kluczowym znaczeniu dla zrównoważonego rozwoju. Z jednej strony do zasobów wodnych rokrocznie trafiają ogromne ilości barwników, które zanieczyszczają środowisko i stanowią zagrożenie dla zdrowia. Z drugiej strony produkcja wodoru w procesie rozszczepiania wody ograniczy, a w ostatecznym rozrachunku wyeliminuje zapotrzebowanie na paliwa kopalne. Badacze biorący udział w projekcie PHOCSCLEEN opracowali nano- i mikrostruktury wykorzystujące bizmut, które pod wpływem promieniowania słonecznego odbarwiają barwniki i rozkładają fenole szybciej niż tradycyjnie stosowane nanocząstki tlenku tytanu. Co więcej, wyprodukowano także nowe związki tlenków metali, które są w stanie skuteczniej wykorzystywać spektrum promieniowania słonecznego, zwiększając tym samym wydajność fotokatalizy. Jeden z tlenków nanostrukturalnych okazał się niezwykle wydajny pod względem rozszczepiania wody w obecności zarówno promieniowania słonecznego, jak i ultrafioletowego. Innymi słowy, wspomniane rozwiązanie można stosować nawet bez dedykowanych instalacji pomocniczych, takich jak energochłonne źródło światła. Dodatkowe ulepszenia konstrukcji reaktora fotokatalitycznego pozwoliły zwiększyć wydajność procesu rozszczepiania cząsteczek wody. Najważniejsze osiągnięcia projektu w zakresie zwiększania wydajności fotokatalizy z wykorzystaniem nanomateriałów zawierających tlenki bizmutu zostały przedstawione w 12 artykułach opublikowanych w czasopismach naukowych. Kolejne są obecnie w przygotowaniu.
Słowa kluczowe
Fotokatalizatory, oczyszczanie ścieków, produkcja wodoru, nanocząstki tlenków metali, PHOCSCLEEN
