- 1911: Alexander Eibner integra il concetto di fotocatalisi nella ricerca sull'illuminazione dell'ossido di zinco (ZnO) per lo sbiancamento del blu di Prussia [1].
- 1913: Landau pubblica un articolo che spiega il fenomeno della fotocatalisi [1].
- 1921: Baly et al. utilizzano idrossidi ferrici e sali di uranio colloidali come catalizzatori per la creazione di formaldeide sotto luce visibile [1].
- 1938: Doodeve e Kitchener scoprono che il \( TiO_2 \), un ossido altamente stabile e non tossico, in presenza di ossigeno può agire come fotosensibilizzatore per lo sbiancamento dei coloranti, poiché la luce ultravioletta assorbita dal \( TiO_2 \) porta alla produzione di specie attive dell'ossigeno sulla sua superficie, risultando nella degradazione di sostanze chimiche organiche tramite fotoossidazione [1].
- 1964: V.N. Filimonov investiga la fotoossidazione dell'isopropanolo da ZnO e \( TiO_2 \) [1].
- 1965: Kato e Mashio, Doerffler e Hauffe, e Ikekawa et al. esplorano l'ossidazione/fotoossidazione di \( CO_2 \) e solventi organici tramite irradiazione di ZnO [1].
- 1970: Formenti et al. e Tanaka e Blyholde osservano rispettivamente l'ossidazione di vari alcheni e il decadimento fotocatalitico di \( N_2O \) [1].
- 1972: Akira Fujishima e Kenichi Honda scoprono che la fotolisi elettrochimica dell'acqua avviene quando un elettrodo di \( TiO_2 \) irradiato con luce ultravioletta è collegato elettricamente a un elettrodo di platino [1].
- Produzione di idrogeno gassoso tramite elettrodo di \( TiO_2 \) e catodo di platino sotto illuminazione UV [1].
- Il reforming del gas naturale e la gassificazione rimangono le fonti principali di produzione di idrogeno [1].
- 1977: Nozik scopre che l'incorporazione di un metallo nobile nel processo di fotolisi elettrochimica, come platino o oro, può aumentare la fotoattività senza la necessità di un potenziale esterno [1].
- 1980, 1981: Wagner e Somorjai, e Sakata e Kawai delineano rispettivamente la produzione di idrogeno sulla superficie del titanato di stronzio (\( SrTiO_3 \)) e la generazione di idrogeno e metano dall'illuminazione di \( TiO_2 \) e \( PtO_2 \) in etanolo [1].
- 2017: Chu et al. discutono le sfide per lo sviluppo di una cella tandem fotoelettrochimica (PEC) economicamente vantaggiosa ed efficiente dal punto di vista energetico, che possa "imitare la fotosintesi naturale" [1].
- Reazioni di fotocatalisi eterogenea che includono ossidazioni lievi o totali, deidrogenazione, trasferimento di idrogeno, scambio isotopico, deposizione di metalli, disintossicazione dell'acqua e rimozione di inquinanti gassosi [1].
- Concetto di band gap dei semiconduttori [1].
- Interfacce anatase-rutilo come eterogiunzioni di fase che migliorano la separazione elettrone-lacuna [1].
- Meccanismo di formazione del radicale ossidrile tramite lacune che reagiscono con l'umidità sulla superficie dell'ossido metallico [1].
- Generazione di eccitoni foto-indotta:
\[ MO + h\nu \rightarrow MO (h^+ + e^-) \]
(eccitazione fotonica che genera coppie lacuna/elettrone) [1].
Reazioni ossidative:
\[ h^+ + H_2O \rightarrow H^+ + \cdot OH \]
\[ 2 h^+ + 2 H_2O \rightarrow 2 H^+ + H_2O_2 \]
\[ H_2O_2 \rightarrow 2 \cdot OH \]
Reazioni riduttive:
\[ e^- + O_2 \rightarrow \cdot O_2^- \]
\[ \cdot O_2^- + HO_2^\cdot + H^+ \rightarrow H_2O_2 + O_2 \]
\[ H_2O_2 \rightarrow 2 \cdot OH \]
(Generazione di radicali ossidrili con potenziale redox \( E^0 = +3.06\,V \), significativamente superiore a quello di molti composti organici, tipicamente non superiore a \( E^0 = +2.00\,V \)) [1].
Proprietà del \( TiO_2 \):
Bandgap del rutilo: \( 3.0\,eV \)
Bandgap dell'anatase: \( 3.2\,eV \)
Generazione di coppie elettrone-lacuna nel \( TiO_2 \) tramite assorbimento di fotoni:
\[ TiO_2 \xrightarrow{h\nu} e^- (TiO_2) + h^+ (TiO_2) \]
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Photocatalysis
[2] https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.organomet.5c00444
[3] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S258900422601463X
[4] https://www.chemistryworld.com/news/catalyst-converts-plastic-wast...
[5] https://www.frontiersin.org/research-topics/78258/inorganic-photoc...
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