Quang xúc tác là gì? Các công bố khoa học về Quang xúc tác
Quang xúc tác là một quá trình xúc tác xảy ra dưới ánh sáng. Nói cách khác, quang xúc tác là quá trình xúc tác mà chỉ xảy ra khi có ánh sáng hoặc phát quang. Cá...
Quang xúc tác là một quá trình xúc tác xảy ra dưới ánh sáng. Nói cách khác, quang xúc tác là quá trình xúc tác mà chỉ xảy ra khi có ánh sáng hoặc phát quang. Các chất quang xúc tác có thể hấp thụ ánh sáng và sau đó trung gian quang xúc tác và chất xúc tác sẽ thay đổi cấu trúc hoặc khả năng tương tác với các phân tử khác, ảnh hưởng đến tốc độ và hiệu suất các phản ứng xúc tác. Quang xúc tác được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghệ môi trường, dược phẩm, và năng lượng tái tạo.
Quang xúc tác là một lĩnh vực nghiên cứu trong hóa học và vật lý. Nó liên quan đến quá trình xúc tác xảy ra dưới ánh sáng hoặc phát quang. Quang xúc tác thường được sử dụng để tăng tốc độ các phản ứng hóa học hoặc thay đổi cấu trúc của chất.
Trước khi diễn ra quang xúc tác, chất quang xúc tác sẽ hấp thụ ánh sáng hoặc phát quang trong một khoảng bước sóng nhất định. Ánh sáng này sẽ cung cấp năng lượng cho chất và làm thay đổi cấu trúc hoặc khả năng tương tác của chất xúc tác.
Một ví dụ cụ thể về quang xúc tác là phản ứng quang xúc tác của khí ozone (O3). Ozone có khả năng phát quang trong một khoảng bước sóng nhất định dưới ánh sáng tử ngoại. Khi bị chiếu sáng, ozone sẽ hữu cơ thông qua quá trình phát quang và chuyển hóa thành các radicô hoặc các dạng khác của oxy. Các radicô oxy tạo ra trong quá trình này có khả năng tương tác với các phân tử khác và có thể tham gia vào nhiều loại phản ứng xúc tác khác nhau.
Ứng dụng của quang xúc tác rất đa dạng. Ví dụ, trong công nghệ môi trường, quang xúc tác có thể được sử dụng để phân hủy các chất ô nhiễm trong nước hoặc không khí, giúp cải thiện chất lượng môi trường. Trong lĩnh vực dược phẩm, quang xúc tác có thể được sử dụng để tạo ra các phản ứng xúc tác nhằm sản xuất các chất dược phẩm hay xác định cấu trúc của chúng. Ngoài ra, quang xúc tác còn có thể được áp dụng trong nghiên cứu về quang nhân tạo, năng lượng tái tạo, hình ảnh học và nhiều lĩnh vực khác.
Quang xúc tác đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu sâu hơn về các phản ứng hóa học và ánh sáng tác động lên chất. Nó cũng mở ra những cơ hội mới để phát triển các công nghệ xúc tác hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.
Danh sách công bố khoa học về chủ đề "quang xúc tác":
Để sử dụng hiệu quả bức xạ ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng trong nhà, chúng tôi đã tìm kiếm một quang xúc tác có độ phản ứng cao dưới ánh sáng nhìn thấy. Các màng và bột của TiO2-
Các vật liệu cacbon nitride graphitic polymeric (để đơn giản: g‐C3N4) đã thu hút rất nhiều sự chú ý trong những năm gần đây do sự tương đồng với graphene. Chúng chỉ bao gồm C, N và một chút hàm lượng H. Trái ngược với graphene, g‐C3N4 là một chất bán dẫn băng trung bình và trong vai trò đó là một chất xúc tác quang và hóa học hiệu quả cho nhiều loại phản ứng. Trong bài tổng quan này, chúng tôi mô tả "hóa học polymer" của cấu trúc này, cách vị trí băng và khoảng băng có thể thay đổi thông qua việc pha tạp và đồng trùng hợp, và cách chất rắn hữu cơ có thể được kết cấu để trở thành một chất xúc tác dị thể hiệu quả. g‐C3N4 và các sửa đổi của nó có độ ổn định nhiệt và hóa học cao và có thể xúc tác cho một số "phản ứng đáng mơ ước", như quang hóa phân tách nước, các phản ứng oxi hóa nhẹ và chọn lọc, và - với vai trò là một giá đỡ xúc tác đồng tác động - các phản ứng hiđro hóa siêu hoạt. Do cacbon nitride không chứa kim loại, nó cũng chịu được các nhóm chức năng và do đó phù hợp cho các ứng dụng đa mục đích trong chuyển đổi sinh khối và hóa học bền vững.
Sự quan tâm đối với tổng hợp quang hóa học đã được thúc đẩy một phần bởi nhận thức rằng ánh sáng Mặt Trời là nguồn năng lượng có hiệu quả vô tận. Các nhà hóa học cũng từ lâu đã nhận ra các mô hình tái hoạt hóa đặc biệt chỉ khả dụng thông qua kích hoạt quang hóa học. Tuy nhiên, hầu hết các phân tử hữu cơ đơn giản chỉ hấp thụ ánh sáng cực tím (UV) và không thể được kích hoạt bằng các bước sóng khả kiến chiếm phần lớn năng lượng Mặt Trời mà Trái Đất nhận được. Kết quả là, quang hóa học hữu cơ nói chung đòi hỏi việc sử dụng các nguồn sáng UV.
Trong vài năm qua, đã có sự hồi sinh của sự quan tâm đối với quang hóa tổng hợp, dựa trên việc nhận ra rằng các chromophore kim loại chuyển tiếp đã được khai thác rất hiệu quả trong thiết kế các công nghệ chuyển đổi năng lượng mặt trời cũng có thể chuyển đổi năng lượng ánh sáng khả kiến thành tiềm năng hóa học hữu ích cho mục đích tổng hợp. Ánh sáng khả kiến cho phép các phản ứng quang hóa hiệu quả của các hợp chất có liên kết yếu nhạy cảm với sự phân hủy UV. Thêm vào đó, các phản ứng quang hóa ánh sáng khả kiến có thể được thực hiện bằng cách sử dụng bất kỳ nguồn nào của ánh sáng trắng, bao gồm ánh sáng Mặt Trời, qua đó loại bỏ nhu cầu sử dụng các photoreactor UV chuyên dụng. Tính năng này đã mở rộng khả năng tiếp cận các phản ứng quang hóa cho một dải rộng hơn các nhà hóa học hữu cơ tổng hợp. Nhiều loại phản ứng hiện đã được chứng minh khả thi đối với quang xúc tác ánh sáng khả kiến thông qua chuyển electron do ánh sáng gây ra tới hoặc từ chromophore kim loại chuyển tiếp, cũng như các quá trình chuyển năng lượng. Tính dự đoán của các trung gian được tạo ra và dung sai của các điều kiện phản ứng đối với một loạt các nhóm chức đã cho phép ứng dụng các phản ứng này trong việc tổng hợp các phân tử mục tiêu ngày càng phức tạp.
Chiến lược tổng quát này trong việc sử dụng ánh sáng khả kiến trong tổng hợp hữu cơ đã và đang được chấp nhận bởi một cộng đồng các nhà hóa học tổng hợp đang phát triển. Nhiều nghiên cứu hiện tại trong lĩnh vực mới nổi này đang hướng đến việc khám phá các giải pháp quang hóa cho các mục tiêu tổng hợp ngày càng tham vọng. Quang xúc tác ánh sáng khả kiến cũng thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu trong sinh học hóa học, khoa học vật liệu, và khám phá thuốc, những người nhận ra rằng các phản ứng này mang lại cơ hội đổi mới trong các lĩnh vực vượt ra ngoài tổng hợp hữu cơ truyền thống. Mục tiêu dài hạn của khu vực mới nổi này là tiếp tục cải thiện hiệu quả và tính tiện dụng tổng hợp và thực hiện mục tiêu lâu dài là thực hiện tổng hợp hóa học bằng Mặt Trời.
Việc hình thành các vật liệu composite bán dẫn gồm các dị điểm đa thành phần hoặc đa pha là một chiến lược rất hiệu quả để thiết kế các hệ thống quang xúc tác có hoạt tính cao. Bài tổng kết này hệ thống hóa những chiến lược gần đây để phát triển các vật liệu composite này và nêu bật các tiến bộ mới nhất trong lĩnh vực. Sau phần giới thiệu chung về các chiến lược khác nhau nhằm cải thiện hoạt động quang xúc tác thông qua việc hình thành các dị điểm, ba loại dị điểm khác nhau được trình bày chi tiết, kèm theo phần giới thiệu lịch sử về các hệ thống dị điểm bán dẫn và một cái nhìn tổng quan văn học kỹ lưỡng. Các chương đặc biệt mô tả các dị điểm carbon nitride được nghiên cứu nhiều cũng như các tiến độ gần đây trong việc hình thành dị điểm đa pha, bao gồm nhật khai thác vào hệ thống anatase-rutile mới nhất. Khi được thiết kế cẩn thận, các vật liệu composite bán dẫn gồm hai hoặc ba vật liệu hay pha khác nhau sẽ rất hiệu quả trong việc tạo điều kiện cho quá trình tách điện tích và chuyển dời hạt mang điện, cải thiện đáng kể hiệu suất quang xúc tác và quang điện hóa.
Các polime liên hợp (CPs) đang nổi lên như những bộ thu ánh sáng hấp dẫn cho quá trình tách nước quang xúc tác nhờ có khoảng cách dải có thể điều chỉnh và dễ xử lý. Trong bài viết này, chúng tôi báo cáo một phương pháp tổng hợp nhẹ cải tiến cho ba polime dựa trên triazine liên hợp (CTPs) với các chiều dài chuỗi khác nhau bằng cách tăng số lượng các đơn vị benzyl cho điện tử trong cấu trúc chính. Việc thay đổi chiều dài chuỗi của CTPs điều chỉnh được các tính chất điện tử, quang học và oxihoá khử của chúng, dẫn đến cải tiến hiệu suất cho việc phát triển oxy quang xúc tác, đây là phản ứng nửa khác khó khăn hơn của quá trình tách nước do động học phản ứng chậm chạp. Kết quả của chúng tôi có thể kích thích sự quan tâm đến các polime chức năng này, nơi mà chiến lược kỹ thuật phân tử cho phép sản xuất ra các năng lượng oxihoá khử bán dẫn phù hợp cho quá trình quang hợp oxy.
Một phương pháp dễ dàng, đáng tin cậy để tổng hợp nanocomposit Fe3O4/rGO/TiO2 được mô tả.
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7