Некоторое время назад мы говорили о фотокатализе, а до этого о ширине запрещенной зоны. Теперь у нас есть все, чтобы ответить на вопрос, почему в фотокатализе так любят диоксид титана.
Ширина запрещенной зоны этого материала составляет 3,2 эВ. Решили мы возбудить в нем носители заряда, тогда берем порошок TiO2 и светим на него близким УФ с длиной волны 387 нм. Альтернативно просто выставляем на солнце: 387 нм – вблизи пограничной зоны между УФ и видимым светом.
Если бы ширина зоны TiO2 была больше, то нам потребовался бы более жесткий/энергетичный УФ для возбуждения зарядов, а значит одним солнечным светом было бы уже не обойтись. Если бы она была меньше, то мы могли бы обойтись и солнечным светом, но энергия электронов тогда рисковала бы оказаться "неподходящей".
Неподходящей для чего? Для запуска и интенсивного поддержания фотокаталитических реакций: хотим мы получит молекулярный водород, а у нас под рукой только ионизированный – Н+. Что делать?
Во-первых, надо взять этот H+ впаять ему электрон, причем не абы какой вяленький, а с достаточной энергией. TiO2 поставляет электроны как раз с такой достаточной энергией.
Важно, чтобы энергии электрона хватало для того или иного процесса. А поэтому важно положение валентной зоны и зоны проводимости относительно энергетических запросов этого процесса или некоторого референсного уровня - «нормального водородного электрода», о нем мы поговорим отдельно.
Все, что мы перечислили – это входной билет в ряды фотокатализаторов, а дальше ранжировка идет по другим качествам: дешевизне, стабильности, легкости в обработке, подвижности зарядов и т.д.
По всем этим параметрам диоксид титана показывает себя с положительной стороны, за что и любим производителями сенсоров, красок, солнечных панелей и т.д.