En química , la fotocatálisis es la aceleración de una fotorreacción en presencia de un catalizador . [1] En la fotólisis catalizada , la luz es absorbida por un sustrato adsorbido . En la catálisis fotogenerada, la actividad fotocatalítica (PCA) depende de la capacidad del catalizador para crear pares de electrones y huecos , que generan radicales libres (por ejemplo, radicales hidroxilo : • OH) capaces de sufrir reacciones secundarias. Su aplicación práctica fue posible gracias al descubrimiento de la electrólisis del agua por medio dedióxido de titanio (TiO 2 ).
La primera mención de la fotocatálisis se remonta a 1911, cuando el químico alemán Dr. Alexander Eibner integró el concepto en su investigación de la iluminación de óxido de zinc (ZnO) en el blanqueamiento del pigmento azul oscuro, azul de Prusia. [2] [3] Alrededor de esta época, Bruner y Kozak publicaron un artículo sobre el deterioro del ácido oxálico en presencia de sales de uranilo bajo iluminación, [3] [4] mientras que en 1913, Landau publicó un artículo explicando el fenómeno de la fotocatálisis. . Sus contribuciones llevaron al desarrollo de medidas actinométricas , medidas que proporcionan la base para determinar el flujo de fotones en reacciones fotoquímicas.[3] [5] Después de un breve período de falta de investigación sobre fotocatálisis, en 1921, Baly et al. utilizó hidróxidos férricos y sales de uranio coloidal como catalizadores para la creación de formaldehído bajo luz en el espectro visible . [3] [6] Sin embargo, no fue hasta 1938, cuando Doodeve y Kitchener descubrieron que el TiO 2 , un óxido altamente estable y no tóxico, en presencia de oxígeno, podría actuar como fotosensibilizador para los tintes blanqueadores, como luz ultravioleta absorbida por TiO 2condujo a la producción de especies de oxígeno activo en su superficie, lo que resultó en manchas de sustancias químicas orgánicas a través de la fotooxidación. En realidad, esto marcaría la primera observación de las características fundamentales de la fotocatálisis heterogénea. [3] [7]
La investigación en fotocatálisis disminuyó durante más de 25 años debido a la falta de interés y la ausencia de aplicaciones prácticas. Sin embargo, en 1964, VN Filimonov investigó la fotooxidación del isopropanol a partir de ZnO y TiO 2 ; [3] [8] aproximadamente al mismo tiempo, Kato y Mashio, Doerffler y Hauffe, e Ikekawa et al. (1965) exploró la oxidación / fotooxidación de dióxido de carbono y disolventes orgánicos de la radiación de ZnO. [3] [9] [10] [11] Unos años más tarde, en 1970, Formenti et al. y Tanaka y Blyholde observaron la oxidación de varios alquenos y la desintegración fotocatalítica del óxido nitroso (N 2 O), respectivamente. [3] [12] [13]
Sin embargo, un gran avance en la investigación de la fotocatálisis se produjo en 1972, cuando Akira Fujishima y Kenichi Honda descubrieron la fotólisis electroquímica del agua que se produce entre los electrodos de platino y TiO 2 conectados , en la que la luz ultravioleta era absorbida por el electrodo anterior y los electrones fluían desde el TiO 2. electrodo (ánodo; sitio de reacción de oxidación) al electrodo de platino (cátodo; sitio de reacción de reducción); con producción de hidrógeno ocurriendo en el cátodo. Este fue uno de los primeros casos en los que la producción de hidrógeno podría provenir de una fuente limpia y rentable, ya que la mayor parte de la producción de hidrógeno en ese entonces provenía, y aún hoy proviene, dereformado y gasificación de gas natural . [3] [14] Los descubrimientos de Fujishima y Honda han llevado a otros avances en fotocatálisis; en 1977, Nozik descubrió que la incorporación de un metal noble en el proceso de fotólisis electroquímica, como el platino y el oro , entre otros, podía incrementar la fotoactividad y que no se requería un potencial externo. [3] [15] Investigaciones futuras realizadas por Wagner y Somorjai (1980) y Sakata y Kawai (1981) delinearon la producción de hidrógeno en la superficie del titanato de estroncio (SrTiO 3 ) a través de la fotogeneración , y la generación de hidrógeno y metano a partir de la iluminación de TiO 2y PtO 2 en etanol, respectivamente. [3] [16] [17]