La luz absorbida se dispersa a través de un tubo fotocatalítico de óxido de titanio. Crédito:Universidad del Sur de Queensland 2020
Dióxido de titanio (TiO 2 ) tiene un poder considerable como fotocatalizador, un material que captura la energía luminosa para acelerar las reacciones químicas que de otro modo serían difíciles de lograr. Una de sus aplicaciones más prometedoras es degradar moléculas contaminantes orgánicas (basadas en carbono) en las aguas residuales. En el Journal of Colloid and Interface Science, investigadores de China y Australia informan que controlar el grosor de las paredes de TiO extremadamente estrecho 2 Los tubos pueden aumentar en gran medida la eficacia fotocatalítica del material.
La luz que se absorbe en los tubos se dispersa a lo largo de su superficie interna, impulsando a los electrones a estados de alta energía donde pueden promover las reacciones químicas que se catalizan. El equipo de investigación ha ideado un método para controlar el grosor de las paredes de los tubos, y han investigado el efecto que tienen los diferentes espesores sobre la eficiencia de la captación de luz y el comportamiento catalítico.
"Nuestra estrategia para ajustar el espesor de pared de TiO 2 nanotubos y microtubos abren un nuevo enfoque para mejorar el rendimiento fotocatalítico del TiO 2 , ", dice el autor correspondiente Zhi-Gang Chen de la Universidad del Sur de Queensland en Australia. Otros miembros del equipo tienen su base en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Shaanxi en China.
Los nanotubos se preparan mediante electrohilado, un proceso que aprovecha una fuerza eléctrica para extraer materiales cargados eléctricamente de una solución, en este caso seguido rápidamente por la solidificación en micro y nanotubos.
Vista de los tubos fotocatalíticos. Crédito:Universidad del Sur de Queensland 2020
El trabajo comenzó como un simple intento de preparar tubos con paredes más delgadas para superar un problema causado por la recombinación de cargas eléctricas cuando se separaban por la luz absorbida. "Descubrimos que en un proceso simple de un solo paso podíamos ajustar fácilmente el grosor de la pared de los tubos variando la dosis de parafina líquida utilizada en la solución, "dice Chen.
Esto luego condujo al descubrimiento crucial de que la variación del espesor de la pared tenía un gran efecto en el mantenimiento de la separación de la carga eléctrica que es crucial para el efecto catalítico. "Fue una gran sorpresa para nosotros, "dice Chen, explicando que se demostró comparando la actividad fotocatalítica de cinco espesores de pared diferentes. La versión más eficaz de los tubos fue capaz de catalizar la degradación de dos contaminantes de las aguas residuales de la muestra, dinitrofenol y rodamina, con una eficiencia del 99,9 por ciento y del 97,8 por ciento, respectivamente.
Chen señala que en comparación con otras formas de hacer los tubos catalíticos, su método de electrohilado ofrece ventajas de un mejor control, menores costos y mayor versatilidad en los materiales a los que se podría aplicar. Mejoras similares en catalizadores distintos al TiO 2 se puede esperar en el futuro.
Mientras tanto, TiO 2 es adecuado para catalizar una amplia gama de reacciones importantes distintas de la degradación de desechos contaminantes no deseados. Estas posibilidades incluyen el uso de la energía del sol para impulsar la división del agua para generar hidrógeno como combustible, la conversión de dióxido de carbono en productos útiles, y aplicaciones en la fabricación de células solares y dispositivos de almacenamiento eléctrico.
