Bog'liq O‘zbekiston respublikasi oliy va o‘rta maxsus ta’lim vazirligi m
I BOB. ADABIYOTLAR TAHLILI 1.1. Fotokataliz reaksiyasi va uning amaliy qo‘llanishi Yarimo‘tkazgichli material yordamida fotokatalitik suvni parchalanish sxematik tasviri 1.1-rasmda keltirilgan bo‘lib u bir necha bosqichlardan iborat:
1. Foton yutilishi va elektron kavak juftlarini hosil bo‘lishi
Yarimo‘tkazgichlar fizikasidan bilamizki, yarimo‘tkazgich materialining zonalar diagrammasi 1.1(a)-rasmda ko‘rsatilgandek taqiqlangan zona kengligi bilan ajratilgan o‘tkazuvchanlik va valent zonalardan iborat. Yarimo‘tkazgichni taqiqlangan zona energiyasidan kattaroq energiyaga ega bo‘lgan fotonlar bilan yoritilganda, mos ravishda o‘tkazuvchanlik va valentlik zonalarida elektronlar va kavaklar hosil bo‘ladi. Fotogeneratsiyalangan elektronlar va kavaklar elektrolizga o‘xshash qaytarilish oksidlanish (ingliz tilida reduction oxidation-red ox) reaktsiyalarini keltirib chiqaradi. Suv molekulalari elektronlar tomonidan qaytarilib, H2 hosil qiladi va kavaklar yordamida oksidlanib, O2 hosil bo‘lib, suv molekulasini to‘liq parchalanishi sodir bo‘ladi. Taqiqlangan zonaning kengligi va o‘tkazuvchanlik va valentlik zonalari darajalarining joylashishi yarimo‘tkazgichli fotokatalizator materiallarining muhim parametrlaridan biri hisoblanadi. O‘tkazuvchi zonaning quyi sohasi H+/H2 oksidlanish-qaytarilish potentsialiga (0 V va NHE) nisbatan manfiyroq bo‘lishi kerak, valent zonasining yuqori sohasi O2 H2O ning oksidlanish-qaytarilish potentsialidan musbat tomonda bo‘lishi kerak (1,23 V). Shuning uchun suvning bo‘linishi uchun nazariy minimal taqiqlangan zona energiyasi 1,23 ev ni tashkil etadi, bu taxminan 1100 nm to‘lqin usunligidagi nurga to‘g‘ri keladi. Turli xil yarimo‘tkazgichli materiallarning zonalar diagrammalari 1.2-rasmda keltirilgan. Yarimo‘kazgichlarni zona sathlari odatda oksid materiallar uchun pH (-0.059 V / pH) o‘zgarishi bilan siljiydi [1-3]. Masalan, 1.2-rasmdan ZrO2, SrTiO3 va TiO2 larning zonalarini suvni parchalash potensiyaliga mos holda ko‘rsatilganligini ko‘rishimiz mumkin.
1.1-rasm. Yarimo‘tkazgich material yordamida suvni fotokatalitik parchalash jarayonini sxematik tasviri. (a) fotokatalizator zarrasida suvning parchalash jarayonini, (b) suvni parchalash jarayonining yarimo‘tkazgich zonalar diagrammasiga bog‘liqligi. Ushbu materiallar birgalikda so-katalizatorlar bilan mos ravishda modifikatsiyalanganda suvni parchalash uchun faoldir. Ko‘rinib turibdiki CdS ko‘rinuvchi nur spektorida aktiv bo‘lib zonalarini joylashishi suvni parchalash potensiyaliga mos. Ammo CdS elektrolitik muhitda yoritilganda fotokoroziyaga uchrash bilan bog‘liq kamchiligi mavjud. Yorug‘lik ta’siri ostida, elektrolitida joylashgan CdS fotogeneratsiyalangan kavaklari H2O oksidlashni o‘rniga S2- oksidlanadi va natijada (1) tenglamaga muvofiq Cd 2+ hosil bo‘ladi [3].
CdS + 2h + - Cd 2+ + S (1)
Boshqa bir misol sifatida, WO3 fotokatalizatorini keltirish mumkin. WO3 Ag+ va Fe3+ kabi elektron akseptorlar mavjudligida O2 hosil qilishga potensialiga ega katalizatordir. Ammo, o‘tkazuvchanlik zonasi suvni parchalash potensiaidan pastda joylashgani tufayli u H2 hosil qila olmaydi.
1.2-rasm Yarimo‘tkazgichlarning zonalar diogrammasi va bilan suvning parchalish potentsiali o‘rtasidagi bog‘liqlik. 2. Fotogeneratsiyalangan zaryad tashuvchilarni ajralishi va yarimo‘tkazgich bo‘ylab harakati.
Ushbu jarayonda asosiy ta'sir qiluvchi omillar bular materialni kristall tuzilishi, kristallik holati va zarracha kattaligidir. Kristal sifati yuqori bo‘lgan materiallarda nuqsonlar miqdori kam bo‘ladi. Fotokatalizator materialidagi nuqsonlar fotogeneratsiyada hosil bo‘lgan elektron va kavaklaruchun rekombinatsiya markazlari vazifasini bajaradi, natijada fotokatalitik faollik pasayadi. Fotokatalizatorning zarracha o‘lchamini kamaytirish orqali rekombinatsiya tezligini va miqdorini kamayishi mumkin. Kichik o‘lchamdagi zarrachalarda fotoelektronlar reaksiya boruvchi sohalarga yetib borishda qisqa masofaga bosib o‘tganligi sababli rekombinatsiya ehtimoli kamayadi.
