Photocatalytic activity là gì? Các công bố khoa học về Photocatalytic activity

Photocatalytic activity là khả năng xúc tác quang hóa, tức là khả năng sử dụng ánh sáng để kích thích phản ứng hóa học. Đặc biệt, photocatalytic activity được đo lường thông qua khả năng tạo ra các cặp electron-đối điện và các ứng viên electron, từ đó giúp tăng cường hiệu suất của các quá trình quang hóa và tác động của chúng lên các chất phụ gia. Hay nói cách khác, photocatalytic activity đánh giá khả năng của một chất xúc tác để chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng hoạt động để tạo ra các sản phẩm hữu ích từ các phản ứng hóa học.
Photocatalytic activity là khả năng của một chất xúc tác (gọi là photocatalyst) để tạo ra các phản ứng hóa học khi được chiếu sáng. Photocatalysis là quá trình sử dụng ánh sáng để kích thích chất xúc tác để tạo ra các cặp electron-đối điện (electron-hole pairs) và các ứng viên electron (trapped electrons). Các cặp electron-đối điện này có thể tham gia vào các phản ứng hóa học rất nhanh, gây ra các quá trình oxy hóa, khử, cộng hưởng hoặc phân tách các chất trong môi trường xung quanh.

Photocatalytic activity được đo lường bằng cách xem xét tốc độ phản ứng và hiệu suất của quá trình photocatalysis. Các thông số quan trọng để đo lường photocatalytic activity bao gồm hiệu suất chuyển đổi của chất khử hoặc chất oxi hóa, mức độ lựa chọn của các sản phẩm, thời gian phản ứng và dòng điện được tạo ra từ quá trình.

Photocatalytic activity được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xử lý nước và không khí ô nhiễm, chất xúc tác trong tổng hợp hữu cơ và hóa học xanh, chế tạo năng lượng tái tạo và quang điện tử. Ví dụ điển hình của một photocatalyst phổ biến là dioxit titan (TiO2), có khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong không khí và xử lý nước thải.
Photocatalytic activity của một chất xúc tác phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:

1. Cấu trúc và pha của chất xúc tác: Các chất xúc tác thường là các vật liệu bán dẫn như oxit kim loại hoặc hợp chất halide kim loại như TiO2, ZnO, CdS, BiVO4, v.v. Cấu trúc và pha của các chất xúc tác có thể ảnh hưởng đáng kể đến sự hoạt động photocatalytic. Ví dụ, trong trường hợp của TiO2, pha anatase có hoạt tính photocatalytic tốt hơn so với pha rutile.

2. Vùng bước sóng ánh sáng hấp thụ: Chất xúc tác phải có khả năng hấp thụ ánh sáng có năng lượng phù hợp để tạo ra cặp electron-đối điện. Năng lượng ánh sáng hấp thụ phụ thuộc vào băng rộng cấu điện tử của chất xúc tác.

3. Diện tích bề mặt: Diện tích bề mặt lớn đối với chất xúc tác tăng cơ hội tiếp xúc giữa chất xúc tác và các chất phụ gia, làm tăng hiệu suất phản ứng.

4. Tính nguyên chất: Khả năng chất xúc tác tồn tại dưới dạng nguyên chất cũng có thể ảnh hưởng tới photocatalytic activity. Một số chất xúc tác được nạp hoặc phối trộn với các kim loại hoạt động, như Pt hoặc Au, để tăng cường hiệu suất phản ứng.

5. Điều kiện xúc tác: Các yếu tố điều kiện như nhiệt độ, pH, áp suất và tỷ lệ chất xúc tác/phụ gia có thể ảnh hưởng đến photocatalytic activity. Điều kiện tối ưu cần được xác định để đạt được hoạt tính tốt nhất.

6. Loại chất phụ gia: Photocatalytic activity cũng phụ thuộc vào loại chất phụ gia hóa học được sử dụng, ví dụ như chất khử, chất oxi hóa hoặc chất chuyển đổi.

Để đo lường photocatalytic activity, các phương pháp thường được sử dụng bao gồm giảm màu sắc, phân tích khí phân tử, phổ hấp thụ quang phổ, và phân tích sản phẩm phản ứng qua công thức hóa học.