Fotocatálisis Asistida por Potencial

SARA A. BILMES; ROBERTO J. CANDAL; A. ARANCIBIA; JUAN RODRÍGUEZ

Eliminación de Contaminantes por Fotocatálisis Heterogénea

CYTED (2da Edición)

Lugar: Madrid; Año: 2004; p. 166 - 187

Los reactores fotocatalíticos cuyo diseño se basa en el uso de sólidos en suspensión requieren de una etapa de proceso para la separación y recuperación del catalizador. El empleo de catalizadores soportados sobre un sustrato provee una alternativa para suprimir la etapa de separación pero en este caso, además de las reacciones superficiales y de transferencia de carga, el transporte de materia hacia (reactivos) o desde (productos) la superficie del semiconductor puede limitar la velocidad de fotodegradación. Esta limitación difusional pone en evidencia la baja eficiencia cuántica para la generación de radicales en la superficie del semiconductor, que es aproximadamente 4% [1], ya que deben coincidir en la superficie la llegada del fotolito desde la solución con la presencia de huecos fotogenerados o con la de radicales -OH. (huecos atrapados en estados superficiales). En primera aproximación, el origen del bajo rendimiento cuántico es la alta velocidad de recombinación entre electrones y huecos con respecto a la transferencia de carga a aceptores en solución. Un vía para aumentar la eficiencia cuántica y por lo tanto, para optimizar el funcionamiento del fotocatalizador soportado, es minimizar la recombinación de pares electrón - hueco  fotogenerados y aumentar la velocidad de transferencia de electrones y de huecos a sus respectivos aceptores. Minimizar la recombinación implica aumentar la disponibilidad de portadores de carga para los procesos de oxidación y de reducción que ocurren en sitios de la superficie espacialmente diferenciados. Cada partícula de TiO2 puede pensarse como una celda electroquímica a escala atómica. Un electrodo, el cátodo, es el sitio donde un electrón fotogenerado es atrapado en la superficie (como Ti3+) y posteriormente transferido a un aceptor de electrones, O, en el electrolito. El otro electrodo es el sitio donde el hueco atrapado (radical -OH.) es transferido a un aceptor de huecos (o dador de electrones), R, también en el electrolito. Como ya se ha visto en otros capítulos, O suele ser O2, aunque también son eficientes otros aceptores de electrones como algunos cationes metálicos, o peróxido de hidrógeno. El aceptor de huecos es normalmente el contaminante a mineralizar. Cuando los portadores atrapados no son rápidamente transferidos a especies en solución o adsorbidas, ocurren cambios químicos en la superficie del mismo semiconductor que pueden conducir a la disolución del material. 2 puede pensarse como una celda electroquímica a escala atómica. Un electrodo, el cátodo, es el sitio donde un electrón fotogenerado es atrapado en la superficie (como Ti3+) y posteriormente transferido a un aceptor de electrones, O, en el electrolito. El otro electrodo es el sitio donde el hueco atrapado (radical -OH.) es transferido a un aceptor de huecos (o dador de electrones), R, también en el electrolito. Como ya se ha visto en otros capítulos, O suele ser O2, aunque también son eficientes otros aceptores de electrones como algunos cationes metálicos, o peróxido de hidrógeno. El aceptor de huecos es normalmente el contaminante a mineralizar. Cuando los portadores atrapados no son rápidamente transferidos a especies en solución o adsorbidas, ocurren cambios químicos en la superficie del mismo semiconductor que pueden conducir a la disolución del material. En estado estacionario, la velocidad de oxidación por huecos es igual a la de reducción por electrones. Si el O2 no se reduce a una velocidad apreciable, los electrones se acumulan en el semiconductor; y aumenta la recombinación hasta que la suma de las velocidades de recombinación y transferencia de electrones iguala la velocidad de fotogeneración. 2 no se reduce a una velocidad apreciable, los electrones se acumulan en el semiconductor; y aumenta la recombinación hasta que la suma de las velocidades de recombinación y transferencia de electrones iguala la velocidad de fotogeneración. . (huecos atrapados en estados superficiales). En primera aproximación, el origen del bajo rendimiento cuántico es la alta velocidad de recombinación entre electrones y huecos con respecto a la transferencia de carga a aceptores en solución. Un vía para aumentar la eficiencia cuántica y por lo tanto, para optimizar el funcionamiento del fotocatalizador soportado, es minimizar la recombinación de pares electrón - hueco  fotogenerados y aumentar la velocidad de transferencia de electrones y de huecos a sus respectivos aceptores. Minimizar la recombinación implica aumentar la disponibilidad de portadores de carga para los procesos de oxidación y de reducción que ocurren en sitios de la superficie espacialmente diferenciados. Cada partícula de TiO2 puede pensarse como una celda electroquímica a escala atómica. Un electrodo, el cátodo, es el sitio donde un electrón fotogenerado es atrapado en la superficie (como Ti3+) y posteriormente transferido a un aceptor de electrones, O, en el electrolito. El otro electrodo es el sitio donde el hueco atrapado (radical -OH.) es transferido a un aceptor de huecos (o dador de electrones), R, también en el electrolito. Como ya se ha visto en otros capítulos, O suele ser O2, aunque también son eficientes otros aceptores de electrones como algunos cationes metálicos, o peróxido de hidrógeno. El aceptor de huecos es normalmente el contaminante a mineralizar. Cuando los portadores atrapados no son rápidamente transferidos a especies en solución o adsorbidas, ocurren cambios químicos en la superficie del mismo semiconductor que pueden conducir a la disolución del material. 2 puede pensarse como una celda electroquímica a escala atómica. Un electrodo, el cátodo, es el sitio donde un electrón fotogenerado es atrapado en la superficie (como Ti3+) y posteriormente transferido a un aceptor de electrones, O, en el electrolito. El otro electrodo es el sitio donde el hueco atrapado (radical -OH.) es transferido a un aceptor de huecos (o dador de electrones), R, también en el electrolito. Como ya se ha visto en otros capítulos, O suele ser O2, aunque también son eficientes otros aceptores de electrones como algunos cationes metálicos, o peróxido de hidrógeno. El aceptor de huecos es normalmente el contaminante a mineralizar. Cuando los portadores atrapados no son rápidamente transferidos a especies en solución o adsorbidas, ocurren cambios químicos en la superficie del mismo semiconductor que pueden conducir a la disolución del material. En estado estacionario, la velocidad de oxidación por huecos es igual a la de reducción por electrones. Si el O2 no se reduce a una velocidad apreciable, los electrones se acumulan en el semiconductor; y aumenta la recombinación hasta que la suma de las velocidades de recombinación y transferencia de electrones iguala la velocidad de fotogeneración. 2 no se reduce a una velocidad apreciable, los electrones se acumulan en el semiconductor; y aumenta la recombinación hasta que la suma de las velocidades de recombinación y transferencia de electrones iguala la velocidad de fotogeneración.