Bog'liq O‘zbekiston respublikasi oliy va o‘rta maxsus ta’lim vazirligi m
Sirt reaksiyalari Fotokatalizator sirtidagi faol sohalar va umumiy sirt sifati ushbu bosqichga ta'sir qiluvchi muhim omil hisoblanadi. Fotogeneratsiyalangan elektron va kavaklar suvning parchalash uchun termodinamik jihatdan foydali potentsialga ega bo‘lsa ham, agar ular oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari uchun faol sirtda mavjud bo‘lmasa, ular bir-biri bilan rekombinatsiyaga uchraydi. Odatda, fotokatalizatorga Pt va Metall oksidlari NiO va RuO2 so-katalizator sifatida qo‘shiladi, ular H2 hosil bo‘lishini qo‘zg‘atish uchun sirtdagi faol o‘rinlarni hosil qilish uchun qo‘shiladi, chunki ko‘plab oksidli fotokatalizatorlarning o‘tkazuvchanlik darajasi so-katalizator yordamisiz H2 hosil qilish uchun etarli emas. O2 hosil bo‘lishida suvning 4 elektronli oksidlanishi uchun faol joylar mavjud bo‘lishi kerak. Oksid fotokatalizatorlar uchun, O2 hosil qilishda so-katalizatorlar kerak bo‘lmaydi, chunki suvni oksidlab O2 hosil qilishda material valent zonasi yetarlicha chuqur bo‘ladi. Bu geterogen fotokatalizatorlarni gomogen fotokatalizatorlardan farqli jihatidir. Evolyutsiyalangan H2, O2 va oraliq moddalar orasidagi reaktsiyalar natijasida suv hosil bo‘lishining teskari reaktsiyalari tepalik reaktsiyasi tufayli osonlikcha davom etadi. Shuning uchun, ko-katalizator va fotokatalizator yuzasi uchun teskari reaktsiyalar uchun sifatsiz xususiyatlar talab qilinadi. So-katalizatorlarni qollashni yana bir muhim sababi bu hosil bo‘lgan H2 va O2 larni teskari reaksiya tufayli qaytib H2O hosil bo‘lishini oldini olishdir.
Fotokataliz jarayonining samaradorligiga ta’sir qiluvch bir qancha faktorlar mavjud. Bu faktorlarni tushuntirishda fotokatalizator material sifatida eng ko‘p o‘rganilgan material TiO2 misolida tushuntiramiz.
Shunday qilib fotokataliz jarayoni bilan fotoindutsirlangan elektron va kavaklar yorug‘lik energiyasini yutadigan biroq xech qanday foydali ish bajarmaydigan, xajmiy va sirtiy rekombinatsiyalar raqobatlashadi. Rekombinatsiya tezlikni pasaytirish uchun eng samaralisi zaryad tashuvchilarni fazoviy ajratishdir. Rekombinatsiya jarayonini kuzatishni to‘g‘ridan to‘g‘ri o‘tkazish mumkin bunda namuna fotolyuminestsentsiyasi intensivligi qayd etiladi: Umumiy xolda rekombinatsiya tezligi qancha past bo‘lsa lyuminestsentsiya intensivligi shunchalik past bo‘ladi. Biroq TiO2 ning elektron strukturasigina uning fotokatalitik faolligiga ta'sir etibgina qolmaydi. Fotokataliz jarayoni uchun eng muhimi namunaning: kristallitlar o‘lchami, g‘ovaklilik, OH-guruhi kontsentratsiyasi, sirtiy zaryad, absorbtsiya va desorbtsiya intensivligi kabi xossalari xisoblanadi [4]. Organik ifloslanishning oksidlanish reaktsiyasi har doim TiO2 ning sirtida yuz berishidan ma'lumki namunalar morfologiyasini tanlashda yuqori solishtirma sirtli strukturalarga masalan nanozarralarga e'tibor qaratish kerak. Bunday namunalarsirtining yuqori yuzasi TiO2 ning birlik massasiga to‘g‘ri kelgan sirtiy faol markazlar kontsentratsiyasining istalgancha yuqori bo‘lishiga olib keladi. Biroq zarralar o‘lchamining kamayishida fotogeneratsiyalangan zaryad tashuvchilar rekombinatsiyasi tezligining o‘sishini xisobga olish kerakki bunda sirtiy nuqsonlar kontsentratsiyasining oshishi natijasida sirtning o‘zi o‘sishi mumkin bo‘lib bu oxir oqibat fotokatalizning sekinlashishiga olib keladi [4]. Kvant o‘lchamli effekt zarralar diametrining 10 nm gacha va undan ham pastga kamayishida yuzaga keluvchi yana bir hodisadir. Bu o‘lchamlarda eksitonlarning fazoviy chegaralanishi natijasida yutilish polosasi chetining spektrning ko‘k sohasiga siljishi ko‘rsatilgan [5]. Bunday namunalarning zona diagrammasi xajmiy TiO2 kristallardan katta farq qiladi va ko‘p xollarda alohida tahlil predmeti bo‘ladi. Sirtiy gidroksil guruhlar kontsentratsiyasi TiO2 ning fotokatalitik faolligiga katta ta'sir ko‘rsatadi uning ishtiroki fotouyg‘otilgan elektronlarning tutilishi evaziga OH-radikallarning hosil bo‘lishigagina olib kelmay organik molekulalar-ifloslovchilar adsorbtsiyasiga ham olib keladi.Kuydirishning yuqori temperaturasi TiO2 sirtida OH-guruhlarning yo‘qotilishiga olib keladi-bu rutil hamda anataz fotokatalizi samaradorligining ancha past bo‘lishi sabablaridan biridir.Shuni qayd etish kerakki fotokatalizator sifatida titan ikki oksidini qo‘llashda faol nanozarrachalarni atrof muhit bilan (masalan, suv bilan) aralashtirish natijasida to‘liq immobilizatsiyasini talab etadi.
Bu masala TiO2 kukunini taglikka shisha zanglamaydigan po‘lat, faollashtirilgan ko‘mir va boshqa noorganik materiallar ko‘rinishida surtilishi bilan muvaffaqiyatli hal etiladi [6]. TiO2 ni taglikka surtishning ko‘pgina usullari mavjud bo‘lib, ularning hammasining maqsadi yagona-moddiy harajatlarni minimallashtirishda yuqori faol va shuning bilan birga turg‘un yupqa qatlam hosil qilishdir. TiO2 o‘tkazgichga surtilganida potentsial qo‘yish yo‘li bilan fotokatalitik reaktsiyalarni nazorat qilish imkoni yuzaga keladi. Tashqi kuchlanish TiO2 ning sirtidan fotoindutsirlangan elektronlarning katodga oqib o‘tishi natijasida fotokataliz samaradorligi ancha oshadi va bu zarralarning fazoviy ajralishiga olib keladi [7].
Fotoindutsirlangan zaryadlar rekombinatsiyasi tezligi yuqori bo‘lishi bilan bir qatorda, TiO2 ning fotofaol modda sifatida amaliy qo‘llanilishiga qo‘yilgan cheklovlarning asosiylaridan biri TiO2 ta'qiqlangan zonasi kengligining katta bo‘lishi tufayli nurlanishlarni qo‘llash zaruriyatidir. Quyosh yorug‘ligi erkin zaryad tashuvchilarning samarali generatsiyalanishi uchun yaroqli emas ekan bunda uning spektrida UB nurlanishlar ulushi juda kichik (kvantlar sonining ~5%). 1.3-rasmda dengiz sathida tabiiy UB nurlanishning yetishmasligini namoyish etuvchi diagramma keltirilgan.
1.3-rasm. dengiz sathidagi quyosh nurlanishi spektri [8] Shunday qilib titan ikki oksidi sirtida organik ifloslanishning fotokatalitik parchalanishi asosida tozalashning samarali qurilmasini yaratish uchun asbob konstruktsiyasiga UB lampalarni kiritish zarur. Bu usulning kamchiligi bu UB lampaning noekologikligi, uni ko‘pincha almashtirilishi va asbobning o‘zining narhining va ko‘rsatadigan xizmati narhining oshishidir. Bu borada spektrning ko‘zga ko‘rinadigan sohasida TiO2 yutilish spektrining kengayish imkoniyati o‘ta dolzarb ko‘rinib bu tekin va o‘zini o‘zi to‘ldiradigan quyosh energiyasini qo‘llash imkonini beradi.
Buning uchun TiO2 strukturasini turlicha modifikatsiyalash qo‘llaniladiki bu uning at'qiqlangan zonasi kengligini samarali kamaytiradi. Shu maqsadda asosan legirlash usuli qo‘llaniladi.Titan ikki oksidini qo‘llagan xolda zararli kirishmalar fotodegradatsiyasi samaradorligini oshrish usullari yuqorida ko‘rsatilganidek sirtida fotokimyoviy jarayonlar bilan bog‘langan amaliy maqsadlarda TiO2 ni qo‘llash ikkita asosiy omillar bilan chegaralangan [3]:
1.Spektrning ko‘zga ko‘rinadigan sohalarida yorug‘likka sezgirlik kam bo‘lib, bu moddiy sarf xarajatlarni ancha oshiradi.
2. Fotoindutsirlangan elektron va kavaklar rekombinatsiyasi raktsiyaning kvant chiqishini ancha kamaytiradi. TiO2 asosida fotokatalizatorlar umumiy samaradorligi va rentabelligini quyidagi usullar bilan oshirish. [9]
-Zarralar o‘lchamini o‘zgartirib,
-Metallar va Metallmaslar bilan legirlash sirt modifikatsiyasi,
-Zarralar o‘lchamini o‘zgartirib,Metallar va noMetallar bilan legirlash,
-Sirt modifikatsiyasi,
-Zaryadlarning fazoviy bo‘linishini ta'minlovchi generostrukturalarni tayyorlash.
