فوتوکاتالیست‌ها چیستند؟

● معرفی ماده دی اکسید تیتانیوم و خواص آن
دی اکسید تیتانیوم از اکسیدهای فلزی است که در زندگی روزمره کاربرد فراوانی دارد. این ماده پودر سفیدرنگی است که دارای سه فاز کریستالی آناتاس، روتیل و بروکایت می باشد. پودر این ماده به عنوان رنگدانه سفید در صنعت استفاده می شود.
شکاف انرژی این ماده حدود ۲/۳ الکترون ولت است که می تواند نور فرابنفش را جذب کند. از این خاصیت استفاده شده به عنوان جاذب نور فرابنفش در کرم های ضد آفتاب بکار می رود. دو خاصیت مهم دیگر این ماده كه آن را در زندگی بسیار کارا و مفید می سازد، خواص فتوکاتالیستی و خود تمیزکنی آن است. از این دو خاصیت برای تصفیه آب و فاضلاب ها، حذف آلودگی هوا در ساختمانها، تسریع واکنش های فتوشیمیایی مانند تولید هیدروژن، ساخت سطوح و لایه های ضد مه و شیشه های خود تمیزکن استفاده می شود.
● خاصیت فتوکاتالیستی
تحریک لایه های دی اکسید تیتانیوم در فاز کریستالی آناتاس با پرتو نور فرابنفش باعث می شود الکترون اتم های سطحی با جذب فوتون برانگیخته شده از لایه ظرفیت به لایه هدایت منتقل شوند. در این حالت زوج الکترون - حفره در سطح نانوذرات ماده دی اکسید تیتانیوم بوجود می آید. مولکول های اکسیژن هوا در برخورد با سطح این الکترون ها را می ربایند. در این حالت سطح ماده بسیار فعال می شود، بطوریکه می تواند آب را نیز اکسید کند. به این دلیل این ماده در برخورد با مولکول های آلوده کننده هوا که عموما مولکول های آلی کربنی هستند می تواند آنها را اکسید کرده به دی اکسید کربن، آب و غیره تبدیل کند.
● خاصیت فوق آبدوستی
خاصیت دیگری که این ماده از خود نشان می دهد خاصیت فوق آبدوستی آن است. این خاصیت که با خاصیت فتوکاتالیستی رابطه تنگاتنگی دارد باعث پدیده خودتمیزکنی در این ماده می شود. بهمین دلیل لایه ای نازک از این ماده را روی سطح شیشه، کاشی و بعضی ظروف می نشانند تا مانع از کثیف شدن آن شوند.
از یک دیدگاه مواد به دو دسته آبدوست و آبگریز تقسیم می شوند. مواد آبدوست معمولا دارای پیوندهای قطبی بوده و می توانند در تماس با مولکول آب آن را جذب کنند. اما مواد آبگریز برخلاف دسته قبل دارای پیوندهای غیر قطبی هستند. اتم های این مواد از طریق نیروی واندروالس یکدیگر را جذب می نمایند و می توانند با مولکول های آلی پیوند خوبی برقرار کنند، اما با آب و مواد قطبی پیوند برقرار نکرده و آب از سطح آن دور می شود.
دی اکسید تیتانیوم ماده ایست که می تواند در شرایطی حالت آبدوستی را در خود تشدید کند. چنانچه سطح این ماده با نور فرابنفش تحریک شود با فرآیندی که در بخش قبل توضیح داده شد، در مجاورت آب پیوندهای اکسیژن این ماده شکسته شده و به پیوند هیدروکسیل تبدیل می شود. بنابراین هر اتم تیتانیوم روی سطح دارای دو گروه هیدروکسیل بوده و می تواند مولکول های آب را با پیوند هیدروژنی جذب نماید. از این رو سطح این ماده خاصیت فوق آبدوستی بخود می گیرد.
سطح دی اکسید تیتانیوم در این حالت با مولکول های آلی که عموما غیر قطبی هستند، پیوند واندروالس ضعیفی برقرار می کند و چسبندگی این مواد به سطح کم است. از این رو سطوحی که با این ماده پوشش داده شوند، در اثر چسبیدن مولکول های آلی کمتر کثیف می شوند، یا اینکه بعد از کثیف شدن، تماس با آب می تواند این مولکول ها را از سطح بلند کرده آن را دوباره تمیز نماید.
● کاربردها
فوتوكاتالیست ها و مواد فوق آب دوست در كاربردهای متعددی مورد استفاده قرار می‌گیرند. یكی از كاربردهای این مواد سطوح خود تمیز كن اعم از شیشه، كاشی و سطوح دیوار می باشد كه در برخورد نور ماورا بنفش فعال شده و با تجزیه مواد آلی یا ایجاد باند های ضعیف بین سطح و مواد آلاینده براحتی تمیز می شوند. همچنین فوتوكاتالیست ها می توانند در تصفیه آب، هوا و یا پساب های شیمیایی مورد استفاده قرار گیرند. علاوه بر این فوتوكاتالیست ها در معرض نور ماورا بنفش می توانند باكتری ها و ویروس ها را از بین ببرند. خواص خود تمیز كنی، ضد باكتری و تجزیه آلاینده ها محدوده وسیعی از كاربرد ها برای این مواد ایجاد كرده است كه شركت های مختلف در حال توسعه آنها و بازارسازی برای آنها می باشند.

منبع : سایت آموزشی - اطلاع رسانی هرس