TiO2 - полупроводниковое соединение. Согласно современным представлениям, в таких соединениях электроны могут находиться в двух состояниях: в свободном и связанном.
В первом случае, электроны движутся по кристаллической решетке, образованной катионами Ti+4 и анионами кислорода О-2.
Во втором случае, в основном электроны связаны с каким-либо ионом кристаллической решетки и участвуют в образовании химической связи. Для перевода электрона из связанного состояния в свободное необходимо затратить энергию не менее 3,2 эВ. Эта энергия может быть доставлена квантами света с длиной волны 320 - 400 нм.
Таким образом, при поглощении света в объеме частицы TiO2 рождаются свободный электрон и электронная вакансия. В физике полупроводников такая электронная вакансия называется дыркой. Электрон и дырка - достаточно подвижные образования и, двигаясь в частице полупроводника, часть из них рекомбинирует, а часть выходит на поверхность и захватывается ею. Схематически происходящие процессы показаны на рисунке:
Принцип полупроводникового фотокатализатора
Захваченные поверхностью электрон и дырка являются вполне конкретными химическими частицами. Например, электрон - это вероятно, Ti+3 на поверхности, а дырка локализуется на решетчатом поверхностном кислороде, образуя О-, Таким образом на поверхности оксида образуются чрезвычайно реакционноспособные частицы. В терминах окислительно-восстановительных потенциалов реакционная способность электрона и дырки на поверхности TiO2 характеризуется следующими величинами: потенциал электрона ~ -0.1 В, потенциал дырки ~ +3 В относительно нормального водородного электрода.
При этом могут образовываться такие мощные окислители, как О- и ОН- радикал. Основным же каналом исчезновения электрона являются реакции с кислородом. Дырка реагирует либо с водой: либо с любым адсорбированным органическим (в некоторых случаях и неорганическим) соединением. OH- радикал или О- также способны окислить любое органическое соединение. И таким образом, поверхность TiO2 под действием света становится сильнейшим окислителем.
Вредные органические и неорганические загрязнители, бактерии и вирусы, адсорбируются на поверхности фотокатализатора ТiО2, нанесенного на пористый носитель (фотокаталитический фильтр). Под действием света от УФ лампы, диапазона А они окисляются до углекислого газа и воды.
Монтаж
Проектирование
Алмазное бурение