fotocatalizzatore

fotocatalizzatore

fotocatalizzatóre s. m. – Sostanza in grado di promuovere una reazione chimica mediante assorbimento di radiazione, ritrovandosi inalterata al termine della reazione. Come ogni catalizzatore, un f. ha la capacità di aumentare la velocità di un processo chimico intervenendo nei suoi stadi intermedi, senza subire variazioni al termine della reazione e senza avere alcun effetto sulla termodinamica (in particolare, sulla variazione di energia libera standard e sulla costante di equilibrio) della reazione. I f. possono essere suddivisi in due grandi categorie: solidi e organici, o metallorganici. Nel primo caso, si tratta in genere di semiconduttori che, a seguito dell'assorbimento di un fotone, promuovono un elettrone dalla banda di valenza alla banda di conduzione generando un coppia elettrone-buca, che interagisce con le specie chimiche adsorbite sulla superficie del materiale, innescando reazioni di ossidazione e riduzione. Il f. solido largamente più usato è il biossido di titanio (TiO₂), tal quale o drogato con elementi metallici e non metallici (ferro, stagno, azoto, zolfo). Particolarmente attivi si sono dimostrati i f. a base di TiO₂ nanostrutturato, sulla cui sintesi sono stati compiuti grandi progressi nel primo decennio degli anni Duemila. I f. organici sono costituiti da composti in grado di assorbire radiazione UV-visibile quali porfirine, ftalocianine, composti aromatici ed eteroaromatici. Sebbene il concetto di f. risalga addirittura agli anni Trenta del 20° sec., l'interesse verso questi materiali è cresciuto considerevolmente verso la fine del secolo, investendo in particolare le applicazioni in campo ambientale (soprattutto per promuovere reazioni di degradazione di sostanze inquinanti) ed energetico. Per es., sono stati sviluppati materiali da costruzione speciali (cementi fotocatalitici) contenenti un rivestimento di TiO₂ fotocatalitico: questi cementi sembrano risultare di ausilio per abbattere la concentrazione di inquinanti, quali gli ossidi di azoto e di zolfo, tipici delle grandi aree urbane. In campo energetico, la principale applicazione dei f. è la reazione di decomposizione dell'acqua per la produzione di idrogeno. La scoperta dell'attività fotocatalitica di TiO₂ in questo processo (a seguito di irradiazione UV) risale al 1972 e gli studi nel settore si sono intensificati a seguito della crescente valorizzazione dell'idrogeno come vettore energetico alternativo. Sistemi che si sono dimostrati particolarmente efficienti sono quello costituito da ossido di nichel/tantalato di sodio drogato con lantanio e vari sistemi contenenti reagenti sacrificali (che si ossidano al posto dell'acqua, per azione delle buche positive). Più recentemente, sono stati proposti vari processi fotocatalitici alternativi per la produzione di idrogeno a partire da altri substrati (idrocarburi, alcoli) che sfruttano f. metallorganici.