Фотокатализ | это… Что такое Фотокатализ?

ТолкованиеПеревод

Фотокатализ

Фотокатализ — ускорение хим. реакции, обусловленное совместным действием катализатора и облучения светом. При фотогенерируемом катализе фотокаталитическая активность зависит от способности катализатора создавать пары электрон-дырка, которые генерируют свободные радикалы, способные вступать во вторичные реакции. Понимание механизма стало возможным после открытия электролиза воды на катализаторе из диоксида титана. ^[1]

Содержание 1 Примеры 2 Источники 3 Ссылки 4 Примечания 5 См. также

Примеры

• Очистка и обеззараживание воздуха методом фотокатализа ^{[2][нет в источнике]}. Фотокатализатор в ультрафиолетовом диапазоне А из диоксида титана нанесен на поверхность либо пористое стекло посредством нанонапыления. Под действием фотокатализа органические соединения, летучие химические вещества, запахи, вирусы и бактерии могут разлагаться как до безопасных молекул воды (h3O) и углекислого газа (CO2), так и до опасных промежуточных продуктов фотокаталитического окисления, таких как формальдегид, ацетальдегид и других ^[3]. Промышленное производство приборов очистки воздуха в России началось в 2000 году.
• Конверсия воды методом фотокатализа ^[4]. Эффективный фотокатализатор в ультрафиолетовом диапазоне на основе оксида тантала — NaTaO₃ с сокатализатором из оксида никеля. Поверхность кристаллов оксида тантала покрыта бороздами с шагом 3—15 нм методами нанотехнологии. Частицы NiO, на которых выделяется газообразный водород, размещены на краях борозд, газообразный кислород выделяется из борозд.
• Использование диоксида титана в самоочищающихся покрытиях. Свободные радикалы ^[5],генерируемые на TiO₂ окисляют органические соединения. [1]
• Окисление органических загрязнителей с использованием магнитных частиц, покрытых наночастицами диоксида титана и активированных магнитным полем под воздействием ультрафиолета ^[6].

Источники

1. ↑ Advanced Oxidation  (англ.)
2. ↑ Фотокаталитическая очистка воздуха. Евгений Николаевич Савинов, доктор химических наук, профессор кафедры физической химии Новосибирского государственного университета, зав. группой фотокатализа на полупроводниках. Институт катализа СО РАН, 1997.
3. ↑ Carp, O.; Huisman, C.L.; Reller, A. Photoinduced reactivity of titanium dioxide. Progress in Solid State Chemistry 2004, 32(2004), 33-177.
4. ↑ Стратегия развития фотокатализаторов в диапазоне видимого света для разложения воды Akihiko Kudo, Hideki Kato1 and Issei Tsuji Chemistry Letters Vol. 33 (2004) , No. 12 p.1534
5. ↑ Snapcat фотокаталитическое окисление с диоксидом титана (2005). CaluTech UV Air. Архивировано из первоисточника 21 февраля 2012. Проверено 5 декабря 2006.
6. ↑ Kostedt, W. L., IV.; Drwiega, J; Mazyck, D. W.; Lee, S.-W.; Sigmund, W.; Wu, C.-Y.; Chadik, P. Магнитно-активированный фотокаталитический реактор для фотокаталитического окисления водных фаз органических загрязнителей. Environmental Science & Technology 2005, 39(20), 8052-8056.

Ссылки

• Технология фотокатализа и профилактика внутрибольничной инфекции
• Словарь
• Материалы
• Институт катализа СО РАН

Примечания

См. также

• Фотодиссоциация
• Фотоэлектрохимическая ячейка

Wikimedia Foundation.
2010.

Игры ⚽ Поможем сделать НИР

Синонимы:

катализ

• Валерии
• Бержерон, Марк-Андре

Полезное

Фотокаталитический очиститель воздуха, устраняющий вирус SARS-CoV-2 – ключ к возрождению Японии

В октябре 2020 года компания «Калтек» (Осака) провела успешные испытания уникального дезинфектора, устраняющего вирус SARS-CoV-2 с помощью фотокаталитической очистки. В ходе испытаний, проводимых совместно с медицинским факультетом университета Нихон и НИИ Рикэн, дезинфектор за 20 минут устранил 99,9% вируса. Что значит успех венчурной компании для японской промышленности?

Фотокатализ – открытие японских учёных

Пандемия COVID-19 возродила интерес к открытию японских учёных полувековой давности – технологии фотокатализа.

Фотокатализатор – это вещество, ускоряющее химическую реакцию под воздействием света. Наиболее распространённым фотокатализатором является диоксид титана, который при облучении превращается в мощный окислитель. Технологии фотокатализа расщепляют находящиеся на поверхности веществ токсины и вызывающие запах вещества на безвредную воду и двуокись углерода.

Фотокатализ открыл Фудзисима Акира (бывший ректор Токийского физического университета) во время обучения в докторантуре Токийского университета. В 1972 году он обнаружил, что находящийся в воде диоксид титана под воздействием света выделяет в воду кислород, и опубликовал научную статью о фотокаталитических свойствах диоксида титана в авторитетном британском научном журнале «Nature». С тех пор технологии фотокатализа стали применяться для автоматической очистки внешних стен и крыш жилых домов и офисных зданий. Например, диоксид титана использовался в процессе окраски внешних стен построенного в 2002 году рядом с Токийским вокзалом здания Маруноути, а также белой навесной крыши Токийского вокзала со стороны Яэсу. В 2020 году, почти через полвека после открытия Фудзисимы, технологии фотокатализа вновь оказались в центре внимания.

Дезактивация вируса SARS-CoV-2 на 99,9%

В середине октября 2020 года во время пресс-конференции венчурная компания «Калтек» (г. Осака) сделала сенсационное заявление: «Уникальный фотокатализатор, используемый в дезинфекторе компании «Калтек», способен дезактивировать вирус SARS-CoV-2». В ходе совместного эксперимента при участии медицинского факультета университета Нихон и НИИ Рикэн было установлено, что дезинфектор, находящийся в 120-литровой ёмкости с плавающими вирусами (включая SARS-CoV-2), за 20 минут способен дезактивировать новый коронавирус на 99,9%, то есть выполнить дезинфекцию.

Аида Ёко, старший исследователь медицинского факультета университета Нихон, рассказывает о результатах эксперимента по дезактивации вируса SARS-CoV-2 с помощью дезинфектора компании «Калтек» (@ «Калтек»)

Презентация «Калтека» достойна внимания по двум причинам. Во-первых, хотя эксперимент проводился в герметичной среде, то есть экспериментальные условия отличались от обычных условий эксплуатации дезинфектора, его результаты доказали эффективность технологий фотокатализа в борьбе с новым коронавирусом.

Во-вторых, эти результаты были получены молодой венчурной компанией, появившейся на свет в апреле 2018 года. «Калтек» был учреждён Сомэи Дзюнъити, бывшим сотрудником компании «Sharp», и его коллегами. Почему Сомэи оставил работу в такой крупной и известной компании ради развития технологий фотокатализа в стартапе? Почему он предпочёл начать всё с нуля? На пресс-конференции Сомэи рассказал о существующих в крупных компаниях барьерах и роли венчурного бизнеса, который, по его мнению, является ключом к возрождению Японии.

Шокирующая командировка в Шри-Ланку

Впервые Сомэи задумался о разработке изделий с применением технологий фотокатализа около 10 лет назад. К тому времени у него за плечами была 25-летняя карьера в «Sharp». Сомэи узнал о фотокатализе во время учёбы в техникуме. «Это открытие поразило меня в самое сердце, как будто я встретился с самой прекрасной женщиной в мире», – вспоминает Сомэи. После техникума Сомэи отучился в университете и поступил на работу в «Sharp», всё это время продолжая интересоваться фотокатализом. В «Sharp» он посвятил себя разработке телевизионных тюнеров и светодиодов, однако фотокатализ продолжал жить в его сердце подобной тайной возлюбленной.

Поворотный момент наступил, когда Сомэи перевели в Центр развития корпоративного бизнеса (позднее – отдел по работе с корпоративными клиентами). В качестве лидера группы в его обязанности входила разработка новых проектов, и он предложил выпускать фотокаталитические очистители воздуха. Сомэи был убеждён, что высокий уровень развития этих технологий позволит изделиям выйти на рынок.

Существовала ещё одна причина, по которой Сомэи стремился найти применение технологиям фотокатализа. Ему довелось участвовать в проекте технологической помощи Японского Агентства международного сотрудничества (JICA) в Шри-Ланке. «Sharp» предоставлял местным фермерам светодиодные лампы для борьбы с насекомыми, и Сомэи в качестве разработчика выехал в Шри-Ланку для проведения исследования на местах. Он был шокирован увиденым – удобрения, получаемые фермерами от правительства для повышения урожайности, причиняли серьёзный ущерб здоровью, многие дети умирали от хронических почечных заболеваний.

«Здесь можно применить фотокатализ», – подумал Сомэи. Если пропускать загрязнённую удобрениями воду через оборудование с фотокаталитическими фильтрами, это может спасти детям жизнь. Именно тогда Сомэи осознал, что фотокатализ может не только поддерживать чистоту внешних покрытий на зданиях, но и спасать жизни.

Неприятие новаторства

Однако на работе предложения Сомэи постоянно отклонялись. «Sharp» выпускал очистители воздуха, кондиционеры и генераторы ионов под брендом «Plasmacluster». В этих изделиях применялась уникальная технология очистки воздуха с помощью генерации ионов (Н+ и О₂-). Ряд подразделений, особенно отдел продаж, выступали против создания изделий, способных конкурировать с брендом «Plasmacluster».

«Я постоянно получал отказы. Руководство считало мои идеи интересными, однако отдел продаж и отдел разработки изделий всегда блокировали мои начинания. Я понимал их точку зрения. Демонстрация возможностей фотокатализа неизбежно вызовет вопрос «Это лучше, чем «Plasmacluster»?». Я даже предлагал не привлекать внимание к самой технологии, а делать акцент на эффективности дезинфекции и дезодорирующей функции, однако эта идея тоже не встретила понимания»

Сомэи пытался внедрить технологии фотокатализа на протяжении двух лет, но потерпел полное фиаско. «Тогда я задумался об уходе из компании. Если в «Sharp» ничего не выходит, нужно развивать собственный бизнес. Мне потребовалось ещё два года, чтобы принять окончательное решение. Когда я решился учредить свою компанию, все сомнения исчезли»

56-летний предприниматель

В это время «Sharp» испытывал нелёгкие времена. Компания сильно зависела от ключевой продукции – жидкокристаллических телевизоров и панелей, в которые были вложены огромные инвестиции, однако обострение конкуренции привело к снижению рентабельности и огромному дефициту бюджета. Летом 2016 года тайванская компания «Foxconn» приобрела «Sharp» и распустила отдел по работе с корпоративными клиентами.

В марте 2018 года Сомэи уволился из «Sharp», а в июле вместе с семью бывшими коллегами учредил компанию «Калтек». Сомэи было 56 лет.

Для успешного применения технологий фотокатализа пришлось решить ряд проблем, однако уже в декабре 2019 года в продажу вышел первый настенный очиститель воздуха, а в октябре 2020 – портативный очиститель для ношения на шее. Продажи фотокаталитических очистителей воздуха постепенно растут, и прогноз годовой выручки от продаж на сентябрь 2021 года составляет 10 миллиардов йен. В будущем Сомэи собирается использовать технологии фотокатализа для очистки воды.

Очиститель воздуха с функцией деодорирования «Turned K» (@ «Калтек»)

Почему это новаторское изделие стало детищем венчурного бизнеса, а не крупной корпорации?

В последнее время структура японских гигантов утрачивает гибкость, они разучились внедрять передовые идеи и ориентироваться на прогресс. Предложения Сомэи отклонялись во избежание конкуренции с существующими проектами. Это симптом структурной болезни крупных корпораций, когда интересы отдельных подразделений доминируют над интересами компании и её роста.

Приоритет развития – ключ к выживанию предприятий

Нельзя сбрасывать со счетов и проблему высшего руководства. Отдел продаж противился внедрению технологий фотокатализа из-за их перспективности. Если бы высшее руководство сумело предвидеть риск внутренней конкуренции и решить проблему в пользу корпоративных интересов с учётом долгосрочной перспективы, всё могло быть иначе. Решение внутренних структурных проблем – это сфера ответственности высшего руководства. Неспособность решать такие проблемы подрывает основы предприятия. «Sharp» уже сталкивается с устареванием существующих изделий и ухудшением окупаемости в условиях ценовой конкуренции.

Структурные проблемы — бич всех крупных японских корпораций. Многие перспективные предложения остаются в тени из-за внутренней конкуренции. Сотрудники не могут внедрить свои идеи и вынуждены делать только то, что им говорят. Однако стать предпринимателем не так-то легко — нужно решать финансовые и кадровые вопросы, добиваться заключения контрактов с покупателями. Отважных предпринимателей, уверенных в успехе и готовых идти к цели вместе с мотивированными единомышлениками, очень мало.

Крупным компаниям следует вернуть гибкий подход. Наряду с этим, в стране следует создать условия для развития предпринимательства. Только сочетание этих факторов способно оздоровить Японию. Пример «Калтека» — яркое тому свидетельство.

Фотография к заголовку: президент «Калтэка» Сомэи Дзюнъити (справа) и старший исследователь медицинского факультета университета Нихон Аида Йоко рядом с оборудованием для проведения эксперимента по дезактивации вируса SarS-Cov-2 (@ «Калтэк»)

Статьи по теме

• Корпорация Sharp: в чём суть неудач и возможно ли возрождение?
• Экономия до 90% воды: разработка японской компании
• Сверхтонкие иглы для микрохирургии: вклад японской компании в медицину будущего
• Заморозка сохранит вкус продуктов… и жизнь на Земле? Взгляд на технологию CAS, созданную в компании Abi
• Японские мастера высокоточной металлообработки
• Технологии будущего на страже безопасности условий труда
• На чем держатся японские синкансэны: гайки Hard Lock Industry

Что такое фотокатализатор? | BIOMIMIC

Что такое фотокатализатор? | БИОМИМИЧНЫЙ

Что такое фотокатализатор?

Недавние сообщения СМИ назвали Photocatalysis «Самым значительным японским изобретением 21 века».
Но что именно представляет собой процесс Фотокатализ и Фотокатализаторы , благодаря которым это происходит?
A Фотокатализатор представляет собой покрывающий агент, содержащий диоксид титана (примечание 2) в качестве активного компонента. Окислительно-восстановительная химическая реакция происходит, когда свет вступает в контакт с Фотокатализатор . При нанесении на поверхности он очищает воздух, чтобы предотвратить загрязнение поверхности. Более того, эта технология действует как революционный катализатор для защиты окружающей среды. (примечание 1)

Например, использование фотокатализатора для покрытия внешней стены здания позволяет разлагать выхлопные газы (NOx).
Он также предотвращает накопление грязи и копоти, образующихся в результате стока дождевой воды.
При покрытии внутренних стен таким средством опасные вещества (ЛОС) и различные микробы (грипп, плесень, кишечная палочка, золотистый стафилококк, MRSA и другие), вызывающие «синдром больного здания», разрушаются и обезвреживаются (см. рисунок 1）

На самом деле очень важные фотокатализаторы находятся в нашем непосредственном окружении. Процесс фотосинтеза , используемый растениями, также является примером фотокаталитической реакции (см. рисунок 2)

Примечание 1. Диоксид титана является безопасным и широко используемым веществом, которое содержится в жевательной резинке, косметике, солнцезащитных кремах и других потребительских товарах.
Примечание 2: Катализатор — это вещество, которое не вступает в реакцию само по себе, но служит вспомогательным средством в реакции других веществ.

Рисунок 1: Фотокатализатор в работе

Рисунок 2: Фотосинтез растений как пример фотокаталитической реакции

Две основные функции фотокатализатора

Разложение

Диоксид титана — это полупроводник, который при контакте со светом производит электроны и электронные дырки. Затем он реагирует с водой и кислородом с образованием гидроксильных радикалов (•OH) и реактивного кислорода, что способствует разложению и разложению вредных веществ. Это приводит к эффекту самоочищения.

Супергидрофильность

Когда свет и вода вступают в контакт с поверхностью, покрытой диоксидом титана, поверхность покрывается гидрофилами.
Этот супергидрофильный процесс разрыхляет грязь и грязь, обнаруженные на поверхности, и очищает поверхность водой от масла, грязи, грязи, пыли и других подобных загрязнений.
Это явление наблюдается, когда дождь или другая вода вступает в контакт с поверхностью, что приводит к самоочищению.

Принцип фотокатализа диоксида титана (TiO2)

• Дом
• Почему биомимик?
• Товары
• Тематические исследования
• О
• Контакт

Что такое фотокатализатор? | ПАЛЬКОУТ

Фотокатализатор растворяет и обезвреживает вредные вещества силой света, приближающегося к поверхности, покрытой фотокатализатором, такие как «неприятный запах, смоляная грязь, бактерии, различные микробы, плесневые палочки, вирусы и химические вещества, вызывающие болезнь дома. синдром и т. д.», которые приближаются к нам, паря в воздухе.
Фотокатализатор — это материал, который проявляет эффекты «силы разложения» и «гидрофильных свойств» под воздействием света. Существуют различные материалы, обладающие фотокаталитической способностью, и диоксид титана считается наиболее эффективным.

Сам по себе диоксид титана безвреден и используется для различных целей, например, в косметике, пищевых продуктах. Система разложения фотокаталитической пленки является устойчивой. Срок службы пленки покрытия теоретически является полупостоянной функцией.

Две особенности фотокатализатора и применения

1. Две особенности

（1）Способность к разложению

Обладает сильной окислительной способностью и разлагает органические вещества, поэтому может удалять грязь и запахи и обладает антибактериальным эффектом.

Сильное окислительное разложение фотокатализатора

Сравнение мощности окислительного разложения PALCCOAT (радикал ОН) и других веществ

(Единица измерения: вольты)

（2）Гидрофильные свойства

Гидрофильность означает материал с особым сродством к воде. В случае фотокатализатора поверхность покрытия легко намокает, поэтому при намокании поверхности покрытия дождевой водой она попадает под «грязь», и грязь всплывает вверх, а грязь стекает вниз.

Так как вода на поверхности растекается тонким слоем и образует водяную пленку, она также обладает противотуманным эффектом.

Что такое диоксид титана?

Диоксид титана представляет собой белый порошок (мельчайшие частицы), который уже давно используется в качестве белого пигмента. Он используется для самых разных целей, таких как покрытия, стоматологические материалы, зубная паста и косметика. Он также используется в качестве пищевой добавки для окрашивания белого шоколада, сладостей и жевательных резинок, поскольку он не имеет вкуса, запаха и безвреден для человека.

Что такое органическое вещество?

Органическое вещество представляет собой углеродсодержащее соединение, состоящее из углерода и кислорода (кроме монооксида углерода и диоксида углерода). К органическим веществам относятся не только пластик, дерево и бумага, но и загрязнители, вызывающие появление пятен и запахов, бактерии, вирусы, плесень, вредные летучие газы (ЛОС), а также Nox и Sox, вызывающие загрязнение воздуха, это также органические вещества (органические сложный).

2. Использование фотокатализатора диоксида титана

Фотокатализатор используется в продуктах различных областей в зависимости от эффекта, как показано на рисунке ниже.

Как работает фотокатализ

1. Электроны соединяются с кислородом.

Когда диоксид титана получает энергию света, электроны (-) высвобождаются с поверхности. Высвобожденные электроны объединяются с кислородом в воздухе, а затем создают «O2-» (супероксидный анион).

2. Поверхность забирает электроны из влаги воздуха и затем возвращается в исходное состояние.

Поверхность, на которой высвободились электроны, окрашивается положительным электрическим зарядом (+), принимает электроны из влаги воздуха и затем возвращается в исходное состояние. С другой стороны, влага, потерявшая электрон, становится гидроксильным радикалом (•ОН). cc ＊Это называют «электронной дырой», а это называется «дыркой плюса» (электронной дырой)」или просто дыркой.
＊Перед реакцией с h3O бывают случаи, когда электроны берутся и расщепляются непосредственно из органических соединений.

3．Разложение и высвобождение

«O2-» и «•OH», образующиеся в процессе переноса этого электрона, могут вызывать сильное окислительное разложение, которое разлагает органические соединения, такие как масло, вызывая грязь и прилипание, бактерии, вредные химический газ, вирусы и плесень даже в простые безвредные вещества, которые затем выбрасываются в воздух.

4．Руководство по фотокатализатору PALCCOAT

Представляем видеоролик о фотокатализаторе PALCCOAT. Новейшие технологии, которыми Япония может похвастаться перед миром, представлены в корпусе PALCCOAT.