फोटोकैटलिसिस: Difference between revisions

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[[File:Anatase (titania, TiO2) photocatalyst producing hydrogen.jpg|thumb|उपरोक्त प्रयोग में, एक प्रकाश स्रोत (दाहिनी ओर फ्रेम के बाहर) से फोटॉनों को टाइटेनियम डाइऑक्साइड की सतह द्वारा अवशोषित किया जाता है ({{chem|TiO|2}}) डिस्क, सामग्री के भीतर रोमांचक इलेक्ट्रॉन। ये तब पानी के अणुओं के साथ अभिक्रिया करते हैं, इसे हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के अपने घटकों में विभाजित करते हैं। इस प्रयोग में, पानी में घुले रसायन ऑक्सीजन के निर्माण को रोकते हैं, जो अन्यथा हाइड्रोजन के साथ पुनर्संयोजित हो जाएगा।]][[रसायन विज्ञान]] में, एक प्रकाश उत्प्रेरक की उपस्थिति में एक फोटोरिएक्शन का त्वरण है , जिसकी उत्तेजित अवस्था जिसमे अभिक्रिया भागीदारों के साथ बार-बार अभिक्रिया करती है जो अभिक्रिया मध्यवर्ती बनते है और इस तरह के प्रत्येक पारस्परिक क्रिया के बाद खुद को पुन: उत्पन्न  करते है।<ref>{{cite web |title=Gold Book: Photcatalyst |url=https://goldbook.iupac.org/terms/view/PT07446|website=2005–2023 International Union of Pure and Applied Chemistry}}</ref> कई मामलों में, उत्प्रेरक एक ठोस है जो यूवी- या दृश्यमान प्रकाश के साथ विकिरण पर इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े उत्पन्न करता है जो मुक्त कण उत्पन्न करते है।
[[File:Anatase (titania, TiO2) photocatalyst producing hydrogen.jpg|thumb|उपरोक्त प्रयोग में, एक प्रकाश स्रोत (दाहिनी ओर फ्रेम के बाहर) से फोटॉनों को टाइटेनियम डाइऑक्साइड की सतह द्वारा अवशोषित किया जाता है ({{chem|TiO|2}}) डिस्क, सामग्री के भीतर रोमांचक इलेक्ट्रॉन। ये तब पानी के अणुओं के साथ अभिक्रिया करते हैं, इसे हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के अपने घटकों में विभाजित करते हैं। इस प्रयोग में, पानी में घुले रसायन ऑक्सीजन के निर्माण को रोकते हैं, जो अन्यथा हाइड्रोजन के साथ पुनर्संयोजित हो जाएगा।]][[रसायन विज्ञान]] में, एक प्रकाश उत्प्रेरक की उपस्थिति में एक प्रकाशिक अभिक्रिया का त्वरण है, जिसकी उत्तेजित अवस्था जिसमे अभिक्रिया भागीदारों के साथ बार-बार अभिक्रिया करती है जो अभिक्रिया मध्यवर्ती बनते है और इस तरह के प्रत्येक पारस्परिक क्रिया के बाद खुद को पुन: उत्पन्न  करते है।<ref>{{cite web |title=Gold Book: Photcatalyst |url=https://goldbook.iupac.org/terms/view/PT07446|website=2005–2023 International Union of Pure and Applied Chemistry}}</ref> कई मामलों में, उत्प्रेरक एक ठोस है जो यूवी- या दृश्यमान प्रकाश के साथ विकिरण पर इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े उत्पन्न करता है जो मुक्त कण उत्पन्न करते है।


== इतिहास ==
== इतिहास ==


=== प्रारंभिक उल्लेख (1911-1938) ===
=== प्रारंभिक उल्लेख (1911-1938) ===
सबसे पहला उल्लेख 1911 में आया, जब [[Index.php?title=जर्मन|जर्मन]] रसायनशास्त्री डॉ. एलेक्जेंडर आइबनेर ने गहरे नीले वर्णक, प्रशियाई नीले रंग के विरंजन पर [[ज़िंक ऑक्साइड]] (ZnO) की रोशनी के अपने शोध में इस अवधारणा को एकीकृत किया।<ref>{{Cite journal|last=Eibner|first=Alexander|date=1911|title=Action of Light on Pigments I|journal=Chem-ZTG|volume=35|pages=753–755}}</ref><ref name=":0">{{Cite book|title=Design of Advanced Photocatalytic Materials for Energy and Environmental Applications|url=https://archive.org/details/designadvancedph00coro|url-access=limited|last1=Coronado|first1=Juan M.|last2=Fresno|first2=Fernando|last3=Hernández-Alonso|first3=María D.|last4=Portela|first4=Racquel|publisher=Springer|year=2013|isbn=978-1-4471-5061-9|location=London|pages=[https://archive.org/details/designadvancedph00coro/page/n10 1]–5|doi=10.1007/978-1-4471-5061-9|hdl=10261/162776}}</ref> इस समय के आसपास, ब्रूनर और कोज़ाक ने एक लेख प्रकाशित किया जिसमें रोशनी के तहत [[यूरेनिल]] लवण की उपस्थिति में ऑक्सालिक एसिड की गिरावट पर चर्चा की गई थी।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Bruner|first1=L.|last2=Kozak|first2=J.|date=1911|title=Information on the Photocatalysis I The Light Reaction in Uranium Salt Plus Oxalic Acid Mixtures|journal=Elktrochem Agnew P|volume=17|pages=354–360}}</ref> जबकि 1913 में, लैंडौ ने एक लेख प्रकाशित किया जिसमें प्रकाश उत्प्रेरक की घटना की व्याख्या की गई थी। उनके योगदान ने [[एक्टिनोमीटर]] माप के विकास को प्रेरित किया , माप जो फोटोकैमिकल अभिक्रियाओं में फोटॉन प्रवाह को निर्धारित करने का आधार प्रदान करते हैं।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last=Landau|first=M.|date=1913|title=Le Phénomène de la Photocatalyse|journal=Compt. Rend.|volume=156|pages=1894–1896}}</ref> एक अंतराल के बाद, 1921 में, बाली एट अल ने दृश्य प्रकाश के तहत फॉर्मलडिहाइड के निर्माण के लिए उत्प्रेरक के रूप में फेरिक हाइड्रॉक्साइड और कोलाइडल यूरेनियम लवण का उपयोग किया।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Baly|first1=E.C.C.|last2=Helilbron|first2=I.M.|last3=Barker|first3=W.F.|date=1921|title=Photocatalysis. Part I. The Synthesis of Formaldehyde and Carbohydrates from Carbon Dioxide and Water.|url=https://zenodo.org/record/1503399|journal=J Chem Soc|volume=119|pages=1025–1035|doi=10.1039/CT9211901025}}</ref>
सबसे पहला उल्लेख 1911 में आया, जब [[Index.php?title=जर्मन|जर्मन]] रसायनशास्त्री डॉ. एलेक्जेंडर आइबनेर ने गहरे नीले वर्णक, प्रशियाई नीले रंग के विरंजन पर [[ज़िंक ऑक्साइड]] (ZnO) की रोशनी के अपने शोध में इस अवधारणा को एकीकृत किया।<ref>{{Cite journal|last=Eibner|first=Alexander|date=1911|title=Action of Light on Pigments I|journal=Chem-ZTG|volume=35|pages=753–755}}</ref><ref name=":0">{{Cite book|title=Design of Advanced Photocatalytic Materials for Energy and Environmental Applications|url=https://archive.org/details/designadvancedph00coro|url-access=limited|last1=Coronado|first1=Juan M.|last2=Fresno|first2=Fernando|last3=Hernández-Alonso|first3=María D.|last4=Portela|first4=Racquel|publisher=Springer|year=2013|isbn=978-1-4471-5061-9|location=London|pages=[https://archive.org/details/designadvancedph00coro/page/n10 1]–5|doi=10.1007/978-1-4471-5061-9|hdl=10261/162776}}</ref> इस समय के आसपास, ब्रूनर और कोज़ाक ने एक लेख प्रकाशित किया जिसमें रोशनी के तहत [[यूरेनिल]] लवण की उपस्थिति में ऑक्सालिक एसिड की गिरावट पर चर्चा की गई थी।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Bruner|first1=L.|last2=Kozak|first2=J.|date=1911|title=Information on the Photocatalysis I The Light Reaction in Uranium Salt Plus Oxalic Acid Mixtures|journal=Elktrochem Agnew P|volume=17|pages=354–360}}</ref> जबकि 1913 में, लैंडौ ने एक लेख प्रकाशित किया जिसमें प्रकाश उत्प्रेरक की घटना की व्याख्या की गई थी। उनके योगदान ने [[एक्टिनोमीटर]] माप के विकास को प्रेरित किया , माप जो प्रकाशकैमिकल अभिक्रियाओं में फोटॉन प्रवाह को निर्धारित करने का आधार प्रदान करते हैं।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last=Landau|first=M.|date=1913|title=Le Phénomène de la Photocatalyse|journal=Compt. Rend.|volume=156|pages=1894–1896}}</ref> एक अंतराल के बाद, 1921 में, बाली एट अल ने दृश्य प्रकाश के तहत फॉर्मलडिहाइड के निर्माण के लिए उत्प्रेरक के रूप में फेरिक हाइड्रॉक्साइड और कोलाइडल यूरेनियम लवण का उपयोग किया।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Baly|first1=E.C.C.|last2=Helilbron|first2=I.M.|last3=Barker|first3=W.F.|date=1921|title=Photocatalysis. Part I. The Synthesis of Formaldehyde and Carbohydrates from Carbon Dioxide and Water.|url=https://zenodo.org/record/1503399|journal=J Chem Soc|volume=119|pages=1025–1035|doi=10.1039/CT9211901025}}</ref>


1938 में डूडेव और किचनर ने पाया की  {{chem|TiO|2}} , एक अत्यधिक स्थिर और गैर विषैले ऑक्साइड, ऑक्सीजन की उपस्थिति में विरंजन रंगों के लिए एक फोटोसेंसिटाइज़र के रूप में कार्य कर सकता है,क्योंकि {{chem|TiO|2}} के द्वारा अवशोषित [[पराबैंगनी प्रकाश]] ने इसकी सतह पर सक्रिय ऑक्सीजन प्रजातियों के उत्पादन का नेतृत्व किया, जिसके परिणामस्वरूप फोटोऑक्सीडेशन के माध्यम से कार्बनिक रसायनों का धब्बा हो गया। यह विषम प्रकाश उत्प्रेरक की मूलभूत विशेषताओं का पहला अवलोकन था।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Goodeve|first1=C.F.|last2=Kitchener|first2=J.A.|date=1938|title=The Mechanism of Photosensitization by Solids|journal= Transactions of the Faraday Society|volume=34|pages=902–912|doi=10.1039/tf9383400902}}</ref>
1938 में डूडेव और किचनर ने पाया की  {{chem|TiO|2}} , एक अत्यधिक स्थिर और गैर विषैले ऑक्साइड, ऑक्सीजन की उपस्थिति में विरंजन रंगों के लिए एक प्रकाशसेंसिटाइज़र के रूप में कार्य कर सकता है,क्योंकि {{chem|TiO|2}} के द्वारा अवशोषित [[पराबैंगनी प्रकाश]] ने इसकी सतह पर सक्रिय ऑक्सीजन प्रजातियों के उत्पादन का नेतृत्व किया, जिसके परिणामस्वरूप प्रकाशऑक्सीडेशन के माध्यम से कार्बनिक रसायनों का धब्बा हो गया। यह विषम प्रकाश उत्प्रेरक की मूलभूत विशेषताओं का पहला अवलोकन था।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Goodeve|first1=C.F.|last2=Kitchener|first2=J.A.|date=1938|title=The Mechanism of Photosensitization by Solids|journal= Transactions of the Faraday Society|volume=34|pages=902–912|doi=10.1039/tf9383400902}}</ref>






=== 1964-1981 ===
=== 1964-1981 ===
प्रकाश-उत्प्रेरण में अनुसंधान फिर से 1964 तक रुका रहा, जब वी.एन. फिलिमोनोव ने ZnO और TiO से [[आइसोप्रोपाइल एल्कोहल]] फोटोऑक्सीडेशन की जांच की ;<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last=Filimonov|first=V.N.|date=1964|title=Photocatalytic Oxidation of Gaseous Isopropanol on ZnO + {{chem|TiO|2}} |journal=Dokl. Akad. Nauk SSSR|volume=154|issue=4|pages=922–925}}</ref> जबकि 1965 में काटो और माशियो, डोरफ्लर और हॉफ, और इकेकावा एट अल ने  {{Chem|CO|2}} के ऑक्सीकरण/फोटोऑक्सीडेशन और ZnO कीचमक से कार्बनिक सॉल्वेंट की खोज की<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Ikekawa|first1=A.|last2=Kamiya|first2=M.|last3=Fujita|first3=Y.|last4=Kwan|first4=T.|date=1965|title= On the Competition of Homogeneous and Heterogeneous Chain Terminations in Heterogeneous Photooxidation Catalysis by Zinc Oxide|journal= Bulletin of the Chemical Society of Japan|volume=38|pages=32–36|doi=10.1246/bcsj.38.32}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Doerffler|first1=W.|last2=Hauffe|first2=K.|date=1964|title=Heterogeneous Photocatalysis I. Influence of Oxidizing and Reducing Gases on the Electrical Conductivity of Dark and Illuminated Zinc Oxide Surfaces|journal=J Catal|volume=3|issue=2|pages=156–170|doi=10.1016/0021-9517(64)90123-X}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Kato|first1=S.|last2=Mashio|first2=F.|date=1964|title= Titanium Dioxide-Photocatalyzed Liquid Phase Oxidation of Tetralin|journal= The Journal of the Society of Chemical Industry, Japan|volume=67|issue=8|pages=1136–1140|doi=10.1246/nikkashi1898.67.8_1136|doi-access=free}}</ref> 1970 में, फोरमेंटी एट अल, तनाका और ब्लाइहोल्ड ने क्रमश: विभिन्न अल्केन्स के ऑक्सीकरण और N2O के फोटोकेटलिटिक क्षय का अवलोकन किया।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Formenti|first1=M.|last2=Julliet F.|first2=F.|last3=Teichner SJ|first3=S.J.|date=1970|title=Controlled Photooxidation of Paraffins and Olefins over Anatase at Room Temperature|journal=Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série C|volume=270C|pages=138–141}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Tanaka|first1=K.I.|last2=Blyholde|first2=G.|date=1970|title=Photocatalytic and Thermal Catalytic Decomposition of Nitrous Oxide on Zinc Oxide.|journal=J. Chem. Soc. D|volume=18|issue=18|pages=1130|doi=10.1039/c29700001130}}</ref>
प्रकाश-उत्प्रेरण में अनुसंधान फिर से 1964 तक रुका रहा, जब वी.एन. फिलिमोनोव ने ZnO और TiO से [[आइसोप्रोपाइल एल्कोहल]] प्रकाशऑक्सीडेशन की जांच की ;<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last=Filimonov|first=V.N.|date=1964|title=Photocatalytic Oxidation of Gaseous Isopropanol on ZnO + {{chem|TiO|2}} |journal=Dokl. Akad. Nauk SSSR|volume=154|issue=4|pages=922–925}}</ref> जबकि 1965 में काटो और माशियो, डोरफ्लर और हॉफ, और इकेकावा एट अल ने  {{Chem|CO|2}} के ऑक्सीकरण/प्रकाशऑक्सीडेशन और ZnO कीचमक से कार्बनिक सॉल्वेंट की खोज की<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Ikekawa|first1=A.|last2=Kamiya|first2=M.|last3=Fujita|first3=Y.|last4=Kwan|first4=T.|date=1965|title= On the Competition of Homogeneous and Heterogeneous Chain Terminations in Heterogeneous Photooxidation Catalysis by Zinc Oxide|journal= Bulletin of the Chemical Society of Japan|volume=38|pages=32–36|doi=10.1246/bcsj.38.32}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Doerffler|first1=W.|last2=Hauffe|first2=K.|date=1964|title=Heterogeneous Photocatalysis I. Influence of Oxidizing and Reducing Gases on the Electrical Conductivity of Dark and Illuminated Zinc Oxide Surfaces|journal=J Catal|volume=3|issue=2|pages=156–170|doi=10.1016/0021-9517(64)90123-X}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Kato|first1=S.|last2=Mashio|first2=F.|date=1964|title= Titanium Dioxide-Photocatalyzed Liquid Phase Oxidation of Tetralin|journal= The Journal of the Society of Chemical Industry, Japan|volume=67|issue=8|pages=1136–1140|doi=10.1246/nikkashi1898.67.8_1136|doi-access=free}}</ref> 1970 में, फोरमेंटी एट अल, तनाका और ब्लाइहोल्ड ने क्रमश: विभिन्न अल्केन्स के ऑक्सीकरण और N2O के प्रकाशकेटलिटिक क्षय का अवलोकन किया।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Formenti|first1=M.|last2=Julliet F.|first2=F.|last3=Teichner SJ|first3=S.J.|date=1970|title=Controlled Photooxidation of Paraffins and Olefins over Anatase at Room Temperature|journal=Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série C|volume=270C|pages=138–141}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Tanaka|first1=K.I.|last2=Blyholde|first2=G.|date=1970|title=Photocatalytic and Thermal Catalytic Decomposition of Nitrous Oxide on Zinc Oxide.|journal=J. Chem. Soc. D|volume=18|issue=18|pages=1130|doi=10.1039/c29700001130}}</ref>
1972 में एक सफलता मिली, जब [[अकीरा फुजिशिमा]] और [[केनिची होंडा]] ने पाया कि पानी का इलेक्ट्रोकेमिकल फोटोडिसोसिएशन तब हुआ जब पराबैंगनी प्रकाश से विकिरणित एक {{chem|TiO|2}} इलेक्ट्रोड एक [[प्लैटिनम]] इलेक्ट्रोड से विद्युत रूप से जुडा था।जैसा की {{chem|TiO|2}} इलेक्ट्रोड द्वारा पराबैंगनी प्रकाश को अवशोषित किया गया था, इलेक्ट्रॉन को एनोड से प्लैटिनम कैथोड तक प्रवाहित किया गया जहां [[हाइड्रोजन]] गैस का उत्पादन किया गया था। यह स्वच्छ और लागत प्रभावी स्रोत से हाइड्रोजन उत्पादन के पहले उदाहरणों में से एक था, क्योंकि हाइड्रोजन का अधिकांश उत्पादन प्राकृतिक गैस सुधार और [[गैसीकरण]] से होता है।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Fujishima|first1=A.|last2=Honda|first2=K.|date=1972|title=Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode|journal=Nature|volume=238|issue=5358|pages=37–38|doi=10.1038/238037a0|pmid=12635268|bibcode=1972Natur.238...37F|s2cid=4251015}}</ref> फुजिशिमा और होंडा के निष्कर्षों ने अन्य प्रगति की ओर अग्रसर किया। 1977 में, नोज़िक ने पाया कि इलेक्ट्रोकेमिकल फोटोलिसिस प्रक्रिया में एक महान धातु का समावेश, जैसे कि प्लेटिनम और [[सोना]], दूसरों के बीच, फोटोएक्टिविटी को बढ़ा सकता है, और यह कि बाहरी क्षमता की आवश्यकता नहीं थी।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last=Nozik|first=A.J.|date=1977|title=Photochemical Diodes|journal=Appl Phys Lett|volume=30|issue=11|pages=567–570|doi=10.1063/1.89262|bibcode=1977ApPhL..30..567N}}</ref> वैगनर और सोमोरजई (1980) और सकाटा और कवाई (1981) ने फोटोजेनरेशन के माध्यम से [[स्ट्रोंटियम टाइटेनेट]] (SrTiO) की सतह पर हाइड्रोजन उत्पादन को चित्रित किया, क्रमशः [[इथेनॉल]] में {{chem|TiO|2}} और PtO<sub>2</sub> की रोशनी से हाइड्रोजन और [[मीथेन]] की पीढ़ी को चित्रित किया।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Wagner|first1=F.T.|last2=Somorjai|first2=G.A.|date=1980|title=Photocatalytic and Photoelectrochemical Hydrogen Production on Strontium Titanate Single Crystals|url=https://escholarship.org/uc/item/72f8n0w6|journal=J Am Chem Soc|volume=102|issue=17|pages=5494–5502|doi=10.1021/ja00537a013}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Sakata|first1=T.|last2=Kawai|first2=T.|date=1981|title=Heterogeneous Photocatalytic Production of Hydrogen and Methane from Ethanol and Water|journal=Chem Phys Lett|volume=80|issue=2|pages=341–344|doi=10.1016/0009-2614(81)80121-2|bibcode=1981CPL....80..341S}}</ref>प्रकाश उत्प्रेरक व्यावसायिक उद्देश्यों के लिए विकसित नहीं किया गया है। चू एट अल। (2017) ने पानी के इलेक्ट्रोकेमिकल फोटोलिसिस के भविष्य का आकलन किया, एक लागत प्रभावी, ऊर्जा-कुशल फोटोइलेक्ट्रॉनिक (पीईसी) टेंडेम सेल विकसित करने की अपनी प्रमुख चुनौती पर चर्चा की, जो "प्राकृतिक प्रकाश संश्लेषण की नकल करेगी।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Chu|first1=S.|last2=Li|first2=W.|last3=Yan|first3=Y.|last4=Hamann|first4=T.|last5=Shih|first5=I.|last6=Wang|first6=D.|last7=Mi|first7=Z.|date=2017|title=Roadmap on Solar Water Splitting: Current Status and Future Prospects|journal=Nano Futures|publisher=IOP Publishing Ltd|volume=1|issue=2|pages=022001|doi=10.1088/2399-1984/aa88a1|bibcode=2017NanoF...1b2001C|s2cid=3903962 }}</ref>
1972 में एक सफलता मिली, जब [[अकीरा फुजिशिमा]] और [[केनिची होंडा]] ने पाया कि पानी का इलेक्ट्रोकेमिकल प्रकाशडिसोसिएशन तब हुआ जब पराबैंगनी प्रकाश से विकिरणित एक {{chem|TiO|2}} इलेक्ट्रोड एक [[प्लैटिनम]] इलेक्ट्रोड से विद्युत रूप से जुडा था।जैसा की {{chem|TiO|2}} इलेक्ट्रोड द्वारा पराबैंगनी प्रकाश को अवशोषित किया गया था, इलेक्ट्रॉन को एनोड से प्लैटिनम कैथोड तक प्रवाहित किया गया जहां [[हाइड्रोजन]] गैस का उत्पादन किया गया था। यह स्वच्छ और लागत प्रभावी स्रोत से हाइड्रोजन उत्पादन के पहले उदाहरणों में से एक था, क्योंकि हाइड्रोजन का अधिकांश उत्पादन प्राकृतिक गैस सुधार और [[गैसीकरण]] से होता है।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Fujishima|first1=A.|last2=Honda|first2=K.|date=1972|title=Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode|journal=Nature|volume=238|issue=5358|pages=37–38|doi=10.1038/238037a0|pmid=12635268|bibcode=1972Natur.238...37F|s2cid=4251015}}</ref> फुजिशिमा और होंडा के निष्कर्षों ने अन्य प्रगति की ओर अग्रसर किया। 1977 में, नोज़िक ने पाया कि इलेक्ट्रोकेमिकल प्रकाशलिसिस प्रक्रिया में एक महान धातु का समावेश, जैसे कि प्लेटिनम और [[सोना]], दूसरों के बीच, प्रकाशएक्टिविटी को बढ़ा सकता है, और यह कि बाहरी क्षमता की आवश्यकता नहीं थी।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last=Nozik|first=A.J.|date=1977|title=Photochemical Diodes|journal=Appl Phys Lett|volume=30|issue=11|pages=567–570|doi=10.1063/1.89262|bibcode=1977ApPhL..30..567N}}</ref> वैगनर और सोमोरजई (1980) और सकाटा और कवाई (1981) ने प्रकाशजेनरेशन के माध्यम से [[स्ट्रोंटियम टाइटेनेट]] (SrTiO) की सतह पर हाइड्रोजन उत्पादन को चित्रित किया, क्रमशः [[इथेनॉल]] में {{chem|TiO|2}} और PtO<sub>2</sub> की रोशनी से हाइड्रोजन और [[मीथेन]] की पीढ़ी को चित्रित किया।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Wagner|first1=F.T.|last2=Somorjai|first2=G.A.|date=1980|title=Photocatalytic and Photoelectrochemical Hydrogen Production on Strontium Titanate Single Crystals|url=https://escholarship.org/uc/item/72f8n0w6|journal=J Am Chem Soc|volume=102|issue=17|pages=5494–5502|doi=10.1021/ja00537a013}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Sakata|first1=T.|last2=Kawai|first2=T.|date=1981|title=Heterogeneous Photocatalytic Production of Hydrogen and Methane from Ethanol and Water|journal=Chem Phys Lett|volume=80|issue=2|pages=341–344|doi=10.1016/0009-2614(81)80121-2|bibcode=1981CPL....80..341S}}</ref>प्रकाश उत्प्रेरक व्यावसायिक उद्देश्यों के लिए विकसित नहीं किया गया है। चू एट अल। (2017) ने पानी के इलेक्ट्रोकेमिकल प्रकाशलिसिस के भविष्य का आकलन किया, एक लागत प्रभावी, ऊर्जा-कुशल प्रकाशइलेक्ट्रॉनिक (पीईसी) टेंडेम सेल विकसित करने की अपनी प्रमुख चुनौती पर चर्चा की, जो "प्राकृतिक प्रकाश संश्लेषण की नकल करेगी।<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last1=Chu|first1=S.|last2=Li|first2=W.|last3=Yan|first3=Y.|last4=Hamann|first4=T.|last5=Shih|first5=I.|last6=Wang|first6=D.|last7=Mi|first7=Z.|date=2017|title=Roadmap on Solar Water Splitting: Current Status and Future Prospects|journal=Nano Futures|publisher=IOP Publishing Ltd|volume=1|issue=2|pages=022001|doi=10.1088/2399-1984/aa88a1|bibcode=2017NanoF...1b2001C|s2cid=3903962 }}</ref>




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विषम कटैलिसीस में उत्प्रेरक अभिकारकों से भिन्न चरण में होता है। विषम प्रकाश उत्प्रेरक एक अनुशासन है जिसमें बड़ी संख्या में अभिक्रियाएं शामिल हैं: हल्के या कुल ऑक्सीकरण, डिहाइड्रोजनीकरण, हाइड्रोजन स्थानांतरण, <sup>18</sup>ओ<sub>2</sub>–<sup>16</sup>ओ<sub>2</sub> और ड्यूटेरियम-अल्केन समस्थानिक विनिमय, धातु जमाव, जल विषहरण, और गैसीय प्रदूषक हटाने आदि।
विषम कटैलिसीस में उत्प्रेरक अभिकारकों से भिन्न चरण में होता है। विषम प्रकाश उत्प्रेरक एक अनुशासन है जिसमें बड़ी संख्या में अभिक्रियाएं शामिल हैं: हल्के या कुल ऑक्सीकरण, डिहाइड्रोजनीकरण, हाइड्रोजन स्थानांतरण, <sup>18</sup>ओ<sub>2</sub>–<sup>16</sup>ओ<sub>2</sub> और ड्यूटेरियम-अल्केन समस्थानिक विनिमय, धातु जमाव, जल विषहरण, और गैसीय प्रदूषक हटाने आदि।


अधिकांश विषम प्रकाश उत्प्रेरक संक्रमण धातु ऑक्साइड और अर्धचालक हैं। धातुओं के विपरीत, जिनमें इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं की निरंतरता होती है, सेमीकंडक्टर्स के पास एक शून्य ऊर्जा क्षेत्र होता है जहां ठोस में फोटोएक्टिवेशन द्वारा उत्पादित इलेक्ट्रॉन और छेद के पुनर्संयोजन को बढ़ावा देने के लिए कोई ऊर्जा स्तर उपलब्ध नहीं होता है। ऊर्जा का शून्य क्षेत्र, जो भरे हुए वैलेंस बॉन्ड के ऊपर से खाली कंडक्शन बॉन्ड के नीचे तक फैला होता है, बॉन्ड अंतर कहलाता है।<ref>{{cite journal|doi=10.1021/cr00035a013|title=Photocatalysis on {{chem|TiO|2}} Surfaces: Principles, Mechanisms, and Selected Results|year=1995|last1=Linsebigler|first1=Amy L.|last2=Lu|first2=Guangquan.|last3=Yates|first3=John T.|journal=Chemical Reviews|volume=95|issue=3|pages=735–758|s2cid=53343077 }}</ref> जब सामग्री के बॉन्ड अंतर के बराबर या उससे अधिक ऊर्जा वाला एक फोटॉन सेमीकंडक्टर द्वारा अवशोषित किया जाता है, तो एक इलेक्ट्रॉन वैलेंस बांड से कंडक्शन बांड तक उत्तेजित होता है, जो वैलेंस बांड में एक छेद बनाता है। इस तरह के फोटोजनित इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्म को एक एक्सिटोन कहा जाता है। उत्साहित इलेक्ट्रॉन और छिद्र इलेक्ट्रॉन के उत्तेजना से प्राप्त ऊर्जा को गर्मी के रूप में पुन: संयोजित और मुक्त कर सकते हैं। इस तरह के एक्सिटोन पुनर्संयोजन अवांछनीय है और उच्च स्तर की लागत दक्षता है। कार्यात्मक फोटोकैटेलिस्ट विकसित करने के प्रयास अक्सर एक्सिटोन जीवनकाल बढ़ाने पर जोर देते हैं, विविध दृष्टिकोणों का उपयोग करके इलेक्ट्रॉन-छिद्र पृथक्करण में सुधार करते हैं जो चरण हेटेरो-जंक्शन (जैसे एनाटेस-[[रूटाइल]] इंटरफेस), नोबल-मेटल नैनोपार्टिकल्स, [[सिलिकॉन नैनोवायर]] और प्रतिस्थापन कटियन डोपिंग जैसी संरचनात्मक विशेषताओं पर भरोसा कर सकते हैं। .<ref>{{Cite journal|first1=Saila|last1=Karvinena|first2=Pipsa|last2=Hirvab|first3=Tapani A|last3=Pakkanen|date=2003|title=Ab initio quantum chemical studies of cluster models for doped anatase and rutile {{chem|TiO|2}} |journal= Journal of Molecular Structure: Theochem|volume=626|issue=1–3|pages=271–277|doi=10.1016/S0166-1280(03)00108-8}}</ref> प्रकाश उत्प्रेरक डिजाइन का अंतिम लक्ष्य कम उत्पादों का उत्पादन करने के लिए ऑक्सीडेंट के साथ उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की अभिक्रिया की सुविधा, और / या ऑक्सीकृत उत्पादों का उत्पादन करने के लिए रिडक्टेंट्स के साथ उत्पन्न छिद्रों की अभिक्रिया को सुविधाजनक बनाना है। सकारात्मक छिद्रों और उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की उत्पत्ति के कारण, प्रकाश से विकिरणित अर्धचालकों की सतह पर ऑक्सीकरण-कमी अभिक्रियाएं होती हैं।
अधिकांश विषम प्रकाश उत्प्रेरक संक्रमण धातु ऑक्साइड और अर्धचालक हैं। धातुओं के विपरीत, जिनमें इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं की निरंतरता होती है, सेमीकंडक्टर्स के पास एक शून्य ऊर्जा क्षेत्र होता है जहां ठोस में प्रकाशएक्टिवेशन द्वारा उत्पादित इलेक्ट्रॉन और छेद के पुनर्संयोजन को बढ़ावा देने के लिए कोई ऊर्जा स्तर उपलब्ध नहीं होता है। ऊर्जा का शून्य क्षेत्र, जो भरे हुए वैलेंस बॉन्ड के ऊपर से खाली कंडक्शन बॉन्ड के नीचे तक फैला होता है, बॉन्ड अंतर कहलाता है।<ref>{{cite journal|doi=10.1021/cr00035a013|title=Photocatalysis on {{chem|TiO|2}} Surfaces: Principles, Mechanisms, and Selected Results|year=1995|last1=Linsebigler|first1=Amy L.|last2=Lu|first2=Guangquan.|last3=Yates|first3=John T.|journal=Chemical Reviews|volume=95|issue=3|pages=735–758|s2cid=53343077 }}</ref> जब सामग्री के बॉन्ड अंतर के बराबर या उससे अधिक ऊर्जा वाला एक फोटॉन सेमीकंडक्टर द्वारा अवशोषित किया जाता है, तो एक इलेक्ट्रॉन वैलेंस बांड से कंडक्शन बांड तक उत्तेजित होता है, जो वैलेंस बांड में एक छेद बनाता है। इस तरह के प्रकाशजनित इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्म को एक एक्सिटोन कहा जाता है। उत्साहित इलेक्ट्रॉन और छिद्र इलेक्ट्रॉन के उत्तेजना से प्राप्त ऊर्जा को गर्मी के रूप में पुन: संयोजित और मुक्त कर सकते हैं। इस तरह के एक्सिटोन पुनर्संयोजन अवांछनीय है और उच्च स्तर की लागत दक्षता है। कार्यात्मक प्रकाशकैटेलिस्ट विकसित करने के प्रयास अक्सर एक्सिटोन जीवनकाल बढ़ाने पर जोर देते हैं, विविध दृष्टिकोणों का उपयोग करके इलेक्ट्रॉन-छिद्र पृथक्करण में सुधार करते हैं जो चरण हेटेरो-जंक्शन (जैसे एनाटेस-[[रूटाइल]] इंटरफेस), नोबल-मेटल नैनोपार्टिकल्स, [[सिलिकॉन नैनोवायर]] और प्रतिस्थापन कटियन डोपिंग जैसी संरचनात्मक विशेषताओं पर भरोसा कर सकते हैं। .<ref>{{Cite journal|first1=Saila|last1=Karvinena|first2=Pipsa|last2=Hirvab|first3=Tapani A|last3=Pakkanen|date=2003|title=Ab initio quantum chemical studies of cluster models for doped anatase and rutile {{chem|TiO|2}} |journal= Journal of Molecular Structure: Theochem|volume=626|issue=1–3|pages=271–277|doi=10.1016/S0166-1280(03)00108-8}}</ref> प्रकाश उत्प्रेरक डिजाइन का अंतिम लक्ष्य कम उत्पादों का उत्पादन करने के लिए ऑक्सीडेंट के साथ उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की अभिक्रिया की सुविधा, और / या ऑक्सीकृत उत्पादों का उत्पादन करने के लिए रिडक्टेंट्स के साथ उत्पन्न छिद्रों की अभिक्रिया को सुविधाजनक बनाना है। सकारात्मक छिद्रों और उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की उत्पत्ति के कारण, प्रकाश से विकिरणित अर्धचालकों की सतह पर ऑक्सीकरण-कमी अभिक्रियाएं होती हैं।


ऑक्सी डेटिव अभिक्रिया के एक तंत्र में, छिद्र सतह पर मौजूद नमी के साथ अभिक्रिया करते हैं और एक हाइड्रॉक्सिल रेडिकल का उत्पादन करते हैं। धातु ऑक्साइड (एमओ) सतह में फोटो-प्रेरित एक्सिटोन पीढ़ी द्वारा अभिक्रिया शुरू होती है:
ऑक्सी डेटिव अभिक्रिया के एक तंत्र में, छिद्र सतह पर मौजूद नमी के साथ अभिक्रिया करते हैं और एक हाइड्रॉक्सिल रेडिकल का उत्पादन करते हैं। धातु ऑक्साइड (एमओ) सतह में प्रकाश-प्रेरित एक्सिटोन पीढ़ी द्वारा अभिक्रिया शुरू होती है:


: एमओ + एचवी → एमओ (एच<sup>+</sup> +इ<sup>−</sup>)
: एमओ + एचवी → एमओ (एच<sup>+</sup> +इ<sup>−</sup>)


फोटोकैटलिटिक प्रभाव के कारण ऑक्सीडेटिव अभिक्रियाएं:
प्रकाशकैटलिटिक प्रभाव के कारण ऑक्सीडेटिव अभिक्रियाएं:


:एच<sup>+</sup> + एच<sub>2</sub>ओ → एच<sup>+</sup> + •ओएच
:एच<sup>+</sup> + एच<sub>2</sub>ओ → एच<sup>+</sup> + •ओएच
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:एच<sub>2</sub>ओ<sub>2</sub> → 2 •ओएच
:एच<sub>2</sub>ओ<sub>2</sub> → 2 •ओएच
                    
                    
फोटोकैटलिटिक प्रभाव के कारण रिडक्टिव अभिक्रियाएं:
प्रकाशकैटलिटिक प्रभाव के कारण रिडक्टिव अभिक्रियाएं:


:इ<sup>−</sup> + ओ<sub>2</sub> → •ओ<sub>2</sub><sup>-
:इ<sup>−</sup> + ओ<sub>2</sub> → •ओ<sub>2</sub><sup>-
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अंततः, दोनों अभिक्रियाओं में हाइड्रॉक्सिल रेडिकल उत्पन्न होते हैं। ये रेडिकल प्रकृति में ऑक्सीडेटिव होते हैं और ई<sub>0</sub>= +3.06वी की रेडॉक्स क्षमता के साथ गैर-चयनात्मक होते हैं।<ref>{{cite journal|last1=Daneshvar|first1=N|last2=Salari|first2=D|last3=Khataee|first3=A.R|year=2004|title=Photocatalytic degradation of azo dye acid red 14 in water on ZnO as an alternative catalyst to {{chem|TiO|2}} |journal=Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry|volume=162|issue=2–3|pages=317–322|doi=10.1016/S1010-6030(03)00378-2}}</ref>
अंततः, दोनों अभिक्रियाओं में हाइड्रॉक्सिल रेडिकल उत्पन्न होते हैं। ये रेडिकल प्रकृति में ऑक्सीडेटिव होते हैं और ई<sub>0</sub>= +3.06वी की रेडॉक्स क्षमता के साथ गैर-चयनात्मक होते हैं।<ref>{{cite journal|last1=Daneshvar|first1=N|last2=Salari|first2=D|last3=Khataee|first3=A.R|year=2004|title=Photocatalytic degradation of azo dye acid red 14 in water on ZnO as an alternative catalyst to {{chem|TiO|2}} |journal=Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry|volume=162|issue=2–3|pages=317–322|doi=10.1016/S1010-6030(03)00378-2}}</ref>


टाइटेनियम डाइऑक्साइड({{chem|TiO|2}}) विषम कटैलिसीस के लिए एक आम पसंद है। रासायनिक वातावरण के लिए जड़ता और लंबी अवधि की फोटोस्टेबिलिटी ने {{chem|TiO|2}} को कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों में एक महत्वपूर्ण सामग्री बना दिया है। {{chem|TiO|2}} एक विस्तृत बॉन्ड-अंतर अर्धचालक है। इसकी आमतौर पर रूटाइल (बॉन्डअंतर 3.0 ईवी) और एनाटेज (बॉन्डअंतर 3.2 ईवी) चरणों में जांच की जाती है। फोटोकैटलिटिक अभिक्रियाएं अर्धचालक के बॉन्ड अंतराल के बराबर या उससे अधिक ऊर्जा के साथ रोशनी के अवशोषण द्वारा शुरू की जाती हैं। यह इलेक्ट्रॉन-छिद्र (e− /h+) युग्म उत्पन्न करता है|[22] (ई<sup>-</सुप> /एच<sup>+</sup>) जोड़े: <रेफरी नाम = इभादों 189–218 >{{Cite journal|last1=Ibhadon|first1=Alex|last2=Fitzpatrick|first2=Paul|date=2013-03-01|title=विषम फोटोकैटलिसिस: हाल के अग्रिम और अनुप्रयोग|journal=Catalysts|volume=3|issue=1|pages=189–218|doi=10.3390/catal3010189|issn=2073-4344|doi-access=free}}  [[File:CC-BY icon.svg|50px]]टेक्स्ट को इस स्रोत से कॉपी किया गया था, जो [https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Creative Commons Attribution 3.0 (CC BY 3.0)] लाइसेंस के तहत उपलब्ध है।<nowiki></ref></nowiki>
टाइटेनियम डाइऑक्साइड({{chem|TiO|2}}) विषम कटैलिसीस के लिए एक आम पसंद है। रासायनिक वातावरण के लिए जड़ता और लंबी अवधि की प्रकाशस्टेबिलिटी ने {{chem|TiO|2}} को कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों में एक महत्वपूर्ण सामग्री बना दिया है। {{chem|TiO|2}} एक विस्तृत बॉन्ड-अंतर अर्धचालक है। इसकी आमतौर पर रूटाइल (बॉन्डअंतर 3.0 ईवी) और एनाटेज (बॉन्डअंतर 3.2 ईवी) चरणों में जांच की जाती है। प्रकाशकैटलिटिक अभिक्रियाएं अर्धचालक के बॉन्ड अंतराल के बराबर या उससे अधिक ऊर्जा के साथ रोशनी के अवशोषण द्वारा शुरू की जाती हैं। यह इलेक्ट्रॉन-छिद्र (e− /h+) युग्म उत्पन्न करता है|[22] (ई<sup>-</सुप> /एच<sup>+</sup>) जोड़े: <रेफरी नाम = इभादों 189–218 >{{Cite journal|last1=Ibhadon|first1=Alex|last2=Fitzpatrick|first2=Paul|date=2013-03-01|title=विषम फोटोकैटलिसिस: हाल के अग्रिम और अनुप्रयोग|journal=Catalysts|volume=3|issue=1|pages=189–218|doi=10.3390/catal3010189|issn=2073-4344|doi-access=free}}  [[File:CC-BY icon.svg|50px]]टेक्स्ट को इस स्रोत से कॉपी किया गया था, जो [https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Creative Commons Attribution 3.0 (CC BY 3.0)] लाइसेंस के तहत उपलब्ध है।<nowiki></ref></nowiki>


<chem>TiO2 ->[{hv}][{}] e-(TiO2) + h+(TiO2)</chem>
<chem>TiO2 ->[{hv}][{}] e-(TiO2) + h+(TiO2)</chem>
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== अनुप्रयोग ==
== अनुप्रयोग ==
फोटोएक्टिव उत्प्रेरक पिछले एक दशक में पेश किए गए हैं, जैसे कि {{chem|TiO|2}} और ZnO नैनो रोड्स। अधिकांश इस तथ्य से पीड़ित हैं कि वे अपनी बांड संरचना के कारण केवल यूवी विकिरण के तहत ही प्रदर्शन कर सकते हैं। ग्राफीन-जेएनओ नैनोकम्पाउंड समेत अन्य प्रकाश उत्प्रेरक इस समस्या का मुकाबला करते हैं।<ref>{{cite journal |last1=Rouzafzay |first1=F. |last2=Shidpour |first2=R. |year=2020 |title=Graphene@ZnO nanocompound for short-time water treatment under sun-simulated irradiation: Effect of shear exfoliation of graphene using kitchen blender on photocatalytic degradation |journal=Alloys and Compounds |volume=829 |pages=154614 |doi=10.1016/J.JALLCOM.2020.154614 |s2cid=216233251}}</ref>
प्रकाशएक्टिव उत्प्रेरक पिछले एक दशक में पेश किए गए हैं, जैसे कि {{chem|TiO|2}} और ZnO नैनो रोड्स। अधिकांश इस तथ्य से पीड़ित हैं कि वे अपनी बांड संरचना के कारण केवल यूवी विकिरण के तहत ही प्रदर्शन कर सकते हैं। ग्राफीन-जेएनओ नैनोकम्पाउंड समेत अन्य प्रकाश उत्प्रेरक इस समस्या का मुकाबला करते हैं।<ref>{{cite journal |last1=Rouzafzay |first1=F. |last2=Shidpour |first2=R. |year=2020 |title=Graphene@ZnO nanocompound for short-time water treatment under sun-simulated irradiation: Effect of shear exfoliation of graphene using kitchen blender on photocatalytic degradation |journal=Alloys and Compounds |volume=829 |pages=154614 |doi=10.1016/J.JALLCOM.2020.154614 |s2cid=216233251}}</ref>




=== कागज ===
=== कागज ===
सूक्ष्म आकार के जिंक ऑक्साइड टेट्रापोडल कणों को पायलट पेपर उत्पादन में जोड़ा गया।<ref name=":1">{{Cite journal|last1=Sandberg|first1=Mats|last2=Håkansson|first2=Karl|last3=Granberg|first3=Hjalmar|date=2020-10-01|title=Paper machine manufactured photocatalysts - Lateral variations|journal=Journal of Environmental Chemical Engineering|language=en|volume=8|issue=5|pages=104075|doi=10.1016/j.jece.2020.104075|issn=2213-3437|doi-access=free}}</ref> सबसे आम एक-आयामी नैनोस्ट्रक्चर हैं, जैसे कि नैनोरोड्स, [[नैनोट्यूब]], नैनोफाइबर, नैनोवायर, लेकिन नैनोप्लेट्स, नैनोशीट्स, नैनोस्फेयर, टेट्रापोड भी। ZnO जोरदार ऑक्सीडेटिव, रासायनिक रूप से स्थिर है, बढ़ी हुई फोटोकैटलिटिक गतिविधि के साथ, और एक बड़ी मुक्त-उत्तेजना बाध्यकारी ऊर्जा है। यह गैर-विषाक्त, प्रचुर मात्रा में, [[जैव]]-संगतता, जैव-निम्नीकरणीय, पर्यावरण के अनुकूल, कम लागत और सरल रासायनिक संश्लेषण के साथ संगत है। ZnO सौर विकिरण के तहत प्रकाश उत्प्रेरक में इसके व्यापक उपयोग की सीमा का सामना करता है।  इस सीमा को दूर करने के लिए कई दृष्टिकोण सुझाए गए हैं जिसमें बॉन्ड अंतर को कम करने के लिए डोपिंग और चार्ज वाहक पृथक्करण में सुधार शामिल है।<ref>{{Cite journal|last1=Nunes|first1=Daniela|last2=Pimentel|first2=Ana|last3=Branquinho|first3=Rita|last4=Fortunato|first4=Elvira|last5=Martins|first5=Rodrigo|date=2021-04-16|title=Metal Oxide-Based Photocatalytic Paper: A Green Alternative for Environmental Remediation|journal=Catalysts|volume=11|issue=4|pages=504|doi=10.3390/catal11040504|issn=2073-4344|doi-access=free}}</ref>
सूक्ष्म आकार के जिंक ऑक्साइड टेट्रापोडल कणों को पायलट पेपर उत्पादन में जोड़ा गया।<ref name=":1">{{Cite journal|last1=Sandberg|first1=Mats|last2=Håkansson|first2=Karl|last3=Granberg|first3=Hjalmar|date=2020-10-01|title=Paper machine manufactured photocatalysts - Lateral variations|journal=Journal of Environmental Chemical Engineering|language=en|volume=8|issue=5|pages=104075|doi=10.1016/j.jece.2020.104075|issn=2213-3437|doi-access=free}}</ref> सबसे आम एक-आयामी नैनोस्ट्रक्चर हैं, जैसे कि नैनोरोड्स, [[नैनोट्यूब]], नैनोफाइबर, नैनोवायर, लेकिन नैनोप्लेट्स, नैनोशीट्स, नैनोस्फेयर, टेट्रापोड भी। ZnO जोरदार ऑक्सीडेटिव, रासायनिक रूप से स्थिर है, बढ़ी हुई प्रकाशकैटलिटिक गतिविधि के साथ, और एक बड़ी मुक्त-उत्तेजना बाध्यकारी ऊर्जा है। यह गैर-विषाक्त, प्रचुर मात्रा में, [[जैव]]-संगतता, जैव-निम्नीकरणीय, पर्यावरण के अनुकूल, कम लागत और सरल रासायनिक संश्लेषण के साथ संगत है। ZnO सौर विकिरण के तहत प्रकाश उत्प्रेरक में इसके व्यापक उपयोग की सीमा का सामना करता है।  इस सीमा को दूर करने के लिए कई दृष्टिकोण सुझाए गए हैं जिसमें बॉन्ड अंतर को कम करने के लिए डोपिंग और चार्ज वाहक पृथक्करण में सुधार शामिल है।<ref>{{Cite journal|last1=Nunes|first1=Daniela|last2=Pimentel|first2=Ana|last3=Branquinho|first3=Rita|last4=Fortunato|first4=Elvira|last5=Martins|first5=Rodrigo|date=2021-04-16|title=Metal Oxide-Based Photocatalytic Paper: A Green Alternative for Environmental Remediation|journal=Catalysts|volume=11|issue=4|pages=504|doi=10.3390/catal11040504|issn=2073-4344|doi-access=free}}</ref>




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=== {{Chem|CO|2}} से हाइड्रोकार्बनका उत्पादन ===
=== {{Chem|CO|2}} से हाइड्रोकार्बनका उत्पादन ===
{{chem|TiO|2}}, कार्बन डाइऑक्साइड का गैसीय हाइड्रोकार्बन में रूपांतरण है |<ref>{{cite journal |first=S. S. |last=Tan |author2=L. Zou |author3=E. Hu  |title=Photocatalytic reduction of carbon dioxide into gaseous hydrocarbon using {{chem|TiO|2}} pellets|doi=10.1016/j.cattod.2006.02.057 |journal=Catalysis Today |volume=115 |issue=1–4 |year=2006 |pages=269–273}}</ref> प्रस्तावित अभिक्रिया तंत्र में कार्बन मोनोऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड से अत्यधिक अभिक्रियाशील कार्बन रेडिकल का निर्माण शामिल है जो अंततः मीथेन बनाने के लिए फोटोजेनरेटेड प्रोटॉन के साथ अभिक्रिया करता है।  {{chem|TiO|2}} आधारित प्रकाश उत्प्रेरक की दक्षता कम हैं, हालांकि [[कार्बन नैनोट्यूब]] <ref>{{cite journal |first=Y. Yao |author2=G. Li |author3=S. Ciston |author4=R. M. Lueptow |author5=K. Gray |title=Photoreactive {{chem|TiO|2}} /Carbon Nanotube Composites: Synthesis and Reactivity |journal=Environmental Science & Technology |publisher=American Chemical Society|doi=10.1021/es800191n |pmid=18678032 |volume=42 |year=2008 |pages=4952–4957 |last1=Yao |issue=13|bibcode=2008EnST...42.4952Y }}</ref> और धात्विक नैनोकणो जैसे नैनोस्ट्रक्चर मदद करते है| <ref>{{cite journal |first=A. L. |last=Linsebigler |author2=G. Lu |author3=J.T. Yates  |title=Photocatalysis on {{chem|TiO|2}} Surfaces: Principles, Mechanisms, and Selected Results|doi=10.1021/cr00035a013|journal=Chemical Reviews |volume=95 |year=1995 |pages=735–758 |issue=3|s2cid=53343077 }}</ref>
{{chem|TiO|2}}, कार्बन डाइऑक्साइड का गैसीय हाइड्रोकार्बन में रूपांतरण है |<ref>{{cite journal |first=S. S. |last=Tan |author2=L. Zou |author3=E. Hu  |title=Photocatalytic reduction of carbon dioxide into gaseous hydrocarbon using {{chem|TiO|2}} pellets|doi=10.1016/j.cattod.2006.02.057 |journal=Catalysis Today |volume=115 |issue=1–4 |year=2006 |pages=269–273}}</ref> प्रस्तावित अभिक्रिया तंत्र में कार्बन मोनोऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड से अत्यधिक अभिक्रियाशील कार्बन रेडिकल का निर्माण शामिल है जो अंततः मीथेन बनाने के लिए प्रकाशजेनरेटेड प्रोटॉन के साथ अभिक्रिया करता है।  {{chem|TiO|2}} आधारित प्रकाश उत्प्रेरक की दक्षता कम हैं, हालांकि [[कार्बन नैनोट्यूब]] <ref>{{cite journal |first=Y. Yao |author2=G. Li |author3=S. Ciston |author4=R. M. Lueptow |author5=K. Gray |title=Photoreactive {{chem|TiO|2}} /Carbon Nanotube Composites: Synthesis and Reactivity |journal=Environmental Science & Technology |publisher=American Chemical Society|doi=10.1021/es800191n |pmid=18678032 |volume=42 |year=2008 |pages=4952–4957 |last1=Yao |issue=13|bibcode=2008EnST...42.4952Y }}</ref> और धात्विक नैनोकणो जैसे नैनोस्ट्रक्चर मदद करते है| <ref>{{cite journal |first=A. L. |last=Linsebigler |author2=G. Lu |author3=J.T. Yates  |title=Photocatalysis on {{chem|TiO|2}} Surfaces: Principles, Mechanisms, and Selected Results|doi=10.1021/cr00035a013|journal=Chemical Reviews |volume=95 |year=1995 |pages=735–758 |issue=3|s2cid=53343077 }}</ref>


=== पेंट्स ===
=== पेंट्स ===
ईपेंट पारंपरिक गन्दगी रोधी समुद्री पेंट का एक कम विषैला विकल्प है जो हाइड्रोजन पेरोक्साइड उत्पन्न करता है।
ईपेंट पारंपरिक गन्दगी रोधी समुद्री पेंट का एक कम विषैला विकल्प है जो हाइड्रोजन पेरोक्साइड उत्पन्न करता है।


पॉलीपीरिडिल कॉम्प्लेक्स द्वारा कार्बनिक अभिक्रियाओं का प्रकाश उत्प्रेरक,<ref>{{Cite book |last1=Stephenson |first1=Corey |title=Visible Light Photocatalysis in Organic Chemistry |last2=Yoon |first2=Tehshik |last3=MacMillan |first3=David W. C. |date=2018-04-02 |isbn=9783527674145 |language=en |doi=10.1002/9783527674145}}</ref> पोर्फिरीन,<ref>{{Cite journal |last1=Barona-Castaño |first1=Juan C. |last2=Carmona-Vargas |first2=Christian C. |last3=Brocksom |first3=Timothy J. |last4=De Oliveira |first4=Kleber T. |date=March 2016 |title=Porphyrins as Catalysts in Scalable Organic Reactions |journal=Molecules |language=en |volume=21 |issue=3 |pages=310 |doi=10.3390/molecules21030310 |pmc=6273917 |pmid=27005601 |doi-access=free}}</ref> या अन्य रंजक<ref>{{Cite journal |last1=Sirbu |first1=Dumitru |last2=Woodford |first2=Owen J. |last3=Benniston |first3=Andrew C. |last4=Harriman |first4=Anthony |date=2018-06-13 |title=Photocatalysis and self-catalyzed photobleaching with covalently-linked chromophore-quencher conjugates built around BOPHY |journal=Photochemical & Photobiological Sciences |language=en |volume=17 |issue=6 |pages=750–762 |doi=10.1039/C8PP00162F |issn=1474-9092 |pmid=29717745 |doi-access=free}}</ref> शास्त्रीय दृष्टिकोण से दुर्गम सामग्री का उत्पादन कर सकते हैं। अधिकांश फोटोकैटलिटिक डाई डिग्रेडेशन अध्ययनों ने {{chem|TiO|2}} को नियोजित किया है| {{chem|TiO|2}} के एनाटेज रूप मे उच्च फोटॉन के अवशोषण गुण होते हैं।<ref>{{Cite journal |last=Viswanathan |first=Balasubramanian |date=December 2017 |title=Photocatalytic Degradation of Dyes: An Overview |journal=Current Catalysis, 2018, 7, 000-000 |pages=3}}</ref>
पॉलीपीरिडिल कॉम्प्लेक्स द्वारा कार्बनिक अभिक्रियाओं का प्रकाश उत्प्रेरक,<ref>{{Cite book |last1=Stephenson |first1=Corey |title=Visible Light Photocatalysis in Organic Chemistry |last2=Yoon |first2=Tehshik |last3=MacMillan |first3=David W. C. |date=2018-04-02 |isbn=9783527674145 |language=en |doi=10.1002/9783527674145}}</ref> पोर्फिरीन,<ref>{{Cite journal |last1=Barona-Castaño |first1=Juan C. |last2=Carmona-Vargas |first2=Christian C. |last3=Brocksom |first3=Timothy J. |last4=De Oliveira |first4=Kleber T. |date=March 2016 |title=Porphyrins as Catalysts in Scalable Organic Reactions |journal=Molecules |language=en |volume=21 |issue=3 |pages=310 |doi=10.3390/molecules21030310 |pmc=6273917 |pmid=27005601 |doi-access=free}}</ref> या अन्य रंजक<ref>{{Cite journal |last1=Sirbu |first1=Dumitru |last2=Woodford |first2=Owen J. |last3=Benniston |first3=Andrew C. |last4=Harriman |first4=Anthony |date=2018-06-13 |title=Photocatalysis and self-catalyzed photobleaching with covalently-linked chromophore-quencher conjugates built around BOPHY |journal=Photochemical & Photobiological Sciences |language=en |volume=17 |issue=6 |pages=750–762 |doi=10.1039/C8PP00162F |issn=1474-9092 |pmid=29717745 |doi-access=free}}</ref> शास्त्रीय दृष्टिकोण से दुर्गम सामग्री का उत्पादन कर सकते हैं। अधिकांश प्रकाशकैटलिटिक डाई डिग्रेडेशन अध्ययनों ने {{chem|TiO|2}} को नियोजित किया है| {{chem|TiO|2}} के एनाटेज रूप मे उच्च फोटॉन के अवशोषण गुण होते हैं।<ref>{{Cite journal |last=Viswanathan |first=Balasubramanian |date=December 2017 |title=Photocatalytic Degradation of Dyes: An Overview |journal=Current Catalysis, 2018, 7, 000-000 |pages=3}}</ref>




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ISO 22197-1:2007 {{Chem|NO|2}}  के माप के लिए एक परीक्षण विधि निर्दिष्ट करता है, उन सामग्रियों को हटाने के लिए जिनमें एक प्रकाश उत्प्रेरक होती है या सतही फोटोकैटलिटिक फिल्में होती हैं।<ref>{{Cite web|url=https://www.iso.org/cms/render/live/en/sites/isoorg/contents/data/standard/04/07/40761.html|title=ISO 22197-1:2007|website=ISO}}</ref>
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विशिष्ट [[फूरियर रूपांतरण अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी]] सिस्टम का उपयोग विशेष रूप से [[वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों]] और प्रतिनिधि बाइंडर मैट्रिक्स के संबंध में फोटोकेटलिटिक गतिविधि या निष्क्रियता को चिह्नित करने के लिए किया जाता है।<ref>{{Cite web|url=http://www.coatingspromag.com/industry-news/2015/02/unique-gas-analyser-helps-to-characterize-photoactive-pigments|title=Unique Gas Analyser Helps to Characterize Photoactive Pigments &#124; CoatingsPro Magazine|website=www.coatingspromag.com}}</ref>
विशिष्ट [[फूरियर रूपांतरण अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी]] सिस्टम का उपयोग विशेष रूप से [[वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों]] और प्रतिनिधि बाइंडर मैट्रिक्स के संबंध में प्रकाशकेटलिटिक गतिविधि या निष्क्रियता को चिह्नित करने के लिए किया जाता है।<ref>{{Cite web|url=http://www.coatingspromag.com/industry-news/2015/02/unique-gas-analyser-helps-to-characterize-photoactive-pigments|title=Unique Gas Analyser Helps to Characterize Photoactive Pigments &#124; CoatingsPro Magazine|website=www.coatingspromag.com}}</ref>
मास स्पेक्ट्रोमेट्री  नाइट्रोजन एनओएक्स(NOx) या {{Chem|CO|2}} गैसीय प्रदूषकों के अपघटन को ट्रैक करके फोटोकैटलिटिक गतिविधि के मापन की अनुमति देता है <ref>{{cite journal|doi=10.1002/jms.3396 | pmid=25044899 | volume=49 | issue=8 | title=Study of solid/gas phase photocatalytic reactions by electron ionization mass spectrometry | year=2014 | journal=Journal of Mass Spectrometry | pages=716–726 | last1 = Nuño | first1 = Manuel| bibcode=2014JMSp...49..716N | s2cid=10838037 | url=http://opus.bath.ac.uk/40446/1/2014_Nuno_J_Mass_Spec.pdf }}</ref>
मास स्पेक्ट्रोमेट्री  नाइट्रोजन एनओएक्स(NOx) या {{Chem|CO|2}} गैसीय प्रदूषकों के अपघटन को ट्रैक करके प्रकाशकैटलिटिक गतिविधि के मापन की अनुमति देता है <ref>{{cite journal|doi=10.1002/jms.3396 | pmid=25044899 | volume=49 | issue=8 | title=Study of solid/gas phase photocatalytic reactions by electron ionization mass spectrometry | year=2014 | journal=Journal of Mass Spectrometry | pages=716–726 | last1 = Nuño | first1 = Manuel| bibcode=2014JMSp...49..716N | s2cid=10838037 | url=http://opus.bath.ac.uk/40446/1/2014_Nuno_J_Mass_Spec.pdf }}</ref>




== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==
* [[हल्की कटाई सामग्री]]
* [[हल्की कटाई सामग्री]]
* [[फोटोइलेक्ट्रॉनिक सेल]]
* [[फोटोइलेक्ट्रॉनिक सेल|प्रकाशइलेक्ट्रॉनिक सेल]]
* [[photolysis]]
* [[photolysis]]
* [[फोटोकैटलिटिक जल विभाजन]]
* [[फोटोकैटलिटिक जल विभाजन|प्रकाशकैटलिटिक जल विभाजन]]
* [[फोटोरेडॉक्स कटैलिसीस]]
* [[फोटोरेडॉक्स कटैलिसीस|प्रकाशरेडॉक्स कटैलिसीस]]
* [[फोटोइलेक्ट्रॉनिक ऑक्सीकरण]]
* [[फोटोइलेक्ट्रॉनिक ऑक्सीकरण|प्रकाशइलेक्ट्रॉनिक ऑक्सीकरण]]
*[[फोटोसेंसिटाइज़र]]
*[[फोटोसेंसिटाइज़र|प्रकाशसेंसिटाइज़र]]


==संदर्भ==
==संदर्भ==

Revision as of 20:05, 20 February 2023

उपरोक्त प्रयोग में, एक प्रकाश स्रोत (दाहिनी ओर फ्रेम के बाहर) से फोटॉनों को टाइटेनियम डाइऑक्साइड की सतह द्वारा अवशोषित किया जाता है (TiO
2) डिस्क, सामग्री के भीतर रोमांचक इलेक्ट्रॉन। ये तब पानी के अणुओं के साथ अभिक्रिया करते हैं, इसे हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के अपने घटकों में विभाजित करते हैं। इस प्रयोग में, पानी में घुले रसायन ऑक्सीजन के निर्माण को रोकते हैं, जो अन्यथा हाइड्रोजन के साथ पुनर्संयोजित हो जाएगा।

रसायन विज्ञान में, एक प्रकाश उत्प्रेरक की उपस्थिति में एक प्रकाशिक अभिक्रिया का त्वरण है, जिसकी उत्तेजित अवस्था जिसमे अभिक्रिया भागीदारों के साथ बार-बार अभिक्रिया करती है जो अभिक्रिया मध्यवर्ती बनते है और इस तरह के प्रत्येक पारस्परिक क्रिया के बाद खुद को पुन: उत्पन्न करते है।[1] कई मामलों में, उत्प्रेरक एक ठोस है जो यूवी- या दृश्यमान प्रकाश के साथ विकिरण पर इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े उत्पन्न करता है जो मुक्त कण उत्पन्न करते है।

इतिहास

प्रारंभिक उल्लेख (1911-1938)

सबसे पहला उल्लेख 1911 में आया, जब जर्मन रसायनशास्त्री डॉ. एलेक्जेंडर आइबनेर ने गहरे नीले वर्णक, प्रशियाई नीले रंग के विरंजन पर ज़िंक ऑक्साइड (ZnO) की रोशनी के अपने शोध में इस अवधारणा को एकीकृत किया।[2][3] इस समय के आसपास, ब्रूनर और कोज़ाक ने एक लेख प्रकाशित किया जिसमें रोशनी के तहत यूरेनिल लवण की उपस्थिति में ऑक्सालिक एसिड की गिरावट पर चर्चा की गई थी।[3][4] जबकि 1913 में, लैंडौ ने एक लेख प्रकाशित किया जिसमें प्रकाश उत्प्रेरक की घटना की व्याख्या की गई थी। उनके योगदान ने एक्टिनोमीटर माप के विकास को प्रेरित किया , माप जो प्रकाशकैमिकल अभिक्रियाओं में फोटॉन प्रवाह को निर्धारित करने का आधार प्रदान करते हैं।[3][5] एक अंतराल के बाद, 1921 में, बाली एट अल ने दृश्य प्रकाश के तहत फॉर्मलडिहाइड के निर्माण के लिए उत्प्रेरक के रूप में फेरिक हाइड्रॉक्साइड और कोलाइडल यूरेनियम लवण का उपयोग किया।[3][6]

1938 में डूडेव और किचनर ने पाया की TiO
2 , एक अत्यधिक स्थिर और गैर विषैले ऑक्साइड, ऑक्सीजन की उपस्थिति में विरंजन रंगों के लिए एक प्रकाशसेंसिटाइज़र के रूप में कार्य कर सकता है,क्योंकि TiO
2 के द्वारा अवशोषित पराबैंगनी प्रकाश ने इसकी सतह पर सक्रिय ऑक्सीजन प्रजातियों के उत्पादन का नेतृत्व किया, जिसके परिणामस्वरूप प्रकाशऑक्सीडेशन के माध्यम से कार्बनिक रसायनों का धब्बा हो गया। यह विषम प्रकाश उत्प्रेरक की मूलभूत विशेषताओं का पहला अवलोकन था।[3][7]


1964-1981

प्रकाश-उत्प्रेरण में अनुसंधान फिर से 1964 तक रुका रहा, जब वी.एन. फिलिमोनोव ने ZnO और TiO से आइसोप्रोपाइल एल्कोहल प्रकाशऑक्सीडेशन की जांच की ;[3][8] जबकि 1965 में काटो और माशियो, डोरफ्लर और हॉफ, और इकेकावा एट अल ने CO
2 के ऑक्सीकरण/प्रकाशऑक्सीडेशन और ZnO कीचमक से कार्बनिक सॉल्वेंट की खोज की[3][9][10][11] 1970 में, फोरमेंटी एट अल, तनाका और ब्लाइहोल्ड ने क्रमश: विभिन्न अल्केन्स के ऑक्सीकरण और N2O के प्रकाशकेटलिटिक क्षय का अवलोकन किया।[3][12][13] 1972 में एक सफलता मिली, जब अकीरा फुजिशिमा और केनिची होंडा ने पाया कि पानी का इलेक्ट्रोकेमिकल प्रकाशडिसोसिएशन तब हुआ जब पराबैंगनी प्रकाश से विकिरणित एक TiO
2 इलेक्ट्रोड एक प्लैटिनम इलेक्ट्रोड से विद्युत रूप से जुडा था।जैसा की TiO
2 इलेक्ट्रोड द्वारा पराबैंगनी प्रकाश को अवशोषित किया गया था, इलेक्ट्रॉन को एनोड से प्लैटिनम कैथोड तक प्रवाहित किया गया जहां हाइड्रोजन गैस का उत्पादन किया गया था। यह स्वच्छ और लागत प्रभावी स्रोत से हाइड्रोजन उत्पादन के पहले उदाहरणों में से एक था, क्योंकि हाइड्रोजन का अधिकांश उत्पादन प्राकृतिक गैस सुधार और गैसीकरण से होता है।[3][14] फुजिशिमा और होंडा के निष्कर्षों ने अन्य प्रगति की ओर अग्रसर किया। 1977 में, नोज़िक ने पाया कि इलेक्ट्रोकेमिकल प्रकाशलिसिस प्रक्रिया में एक महान धातु का समावेश, जैसे कि प्लेटिनम और सोना, दूसरों के बीच, प्रकाशएक्टिविटी को बढ़ा सकता है, और यह कि बाहरी क्षमता की आवश्यकता नहीं थी।[3][15] वैगनर और सोमोरजई (1980) और सकाटा और कवाई (1981) ने प्रकाशजेनरेशन के माध्यम से स्ट्रोंटियम टाइटेनेट (SrTiO) की सतह पर हाइड्रोजन उत्पादन को चित्रित किया, क्रमशः इथेनॉल में TiO
2 और PtO2 की रोशनी से हाइड्रोजन और मीथेन की पीढ़ी को चित्रित किया।[3][16][17]प्रकाश उत्प्रेरक व्यावसायिक उद्देश्यों के लिए विकसित नहीं किया गया है। चू एट अल। (2017) ने पानी के इलेक्ट्रोकेमिकल प्रकाशलिसिस के भविष्य का आकलन किया, एक लागत प्रभावी, ऊर्जा-कुशल प्रकाशइलेक्ट्रॉनिक (पीईसी) टेंडेम सेल विकसित करने की अपनी प्रमुख चुनौती पर चर्चा की, जो "प्राकृतिक प्रकाश संश्लेषण की नकल करेगी।[3][18]


प्रकाश उत्प्रेरक के प्रकार

सजातीय प्रकाश उत्प्रेरक

सजातीय प्रकाश उत्प्रेरण में, अभिकारक और प्रकाश उत्प्रेरण एक ही चरण में मौजूद होते हैं। सजातीय प्रकाश उत्प्रेरक में एक गहन अध्ययन विषय में ओजोन का विनाश शामिल है:

2 O3 → 3 O2


विषम प्रकाश उत्प्रेरक

विषम कटैलिसीस में उत्प्रेरक अभिकारकों से भिन्न चरण में होता है। विषम प्रकाश उत्प्रेरक एक अनुशासन है जिसमें बड़ी संख्या में अभिक्रियाएं शामिल हैं: हल्के या कुल ऑक्सीकरण, डिहाइड्रोजनीकरण, हाइड्रोजन स्थानांतरण, 18ओ2–16ओ2 और ड्यूटेरियम-अल्केन समस्थानिक विनिमय, धातु जमाव, जल विषहरण, और गैसीय प्रदूषक हटाने आदि।

अधिकांश विषम प्रकाश उत्प्रेरक संक्रमण धातु ऑक्साइड और अर्धचालक हैं। धातुओं के विपरीत, जिनमें इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं की निरंतरता होती है, सेमीकंडक्टर्स के पास एक शून्य ऊर्जा क्षेत्र होता है जहां ठोस में प्रकाशएक्टिवेशन द्वारा उत्पादित इलेक्ट्रॉन और छेद के पुनर्संयोजन को बढ़ावा देने के लिए कोई ऊर्जा स्तर उपलब्ध नहीं होता है। ऊर्जा का शून्य क्षेत्र, जो भरे हुए वैलेंस बॉन्ड के ऊपर से खाली कंडक्शन बॉन्ड के नीचे तक फैला होता है, बॉन्ड अंतर कहलाता है।[19] जब सामग्री के बॉन्ड अंतर के बराबर या उससे अधिक ऊर्जा वाला एक फोटॉन सेमीकंडक्टर द्वारा अवशोषित किया जाता है, तो एक इलेक्ट्रॉन वैलेंस बांड से कंडक्शन बांड तक उत्तेजित होता है, जो वैलेंस बांड में एक छेद बनाता है। इस तरह के प्रकाशजनित इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्म को एक एक्सिटोन कहा जाता है। उत्साहित इलेक्ट्रॉन और छिद्र इलेक्ट्रॉन के उत्तेजना से प्राप्त ऊर्जा को गर्मी के रूप में पुन: संयोजित और मुक्त कर सकते हैं। इस तरह के एक्सिटोन पुनर्संयोजन अवांछनीय है और उच्च स्तर की लागत दक्षता है। कार्यात्मक प्रकाशकैटेलिस्ट विकसित करने के प्रयास अक्सर एक्सिटोन जीवनकाल बढ़ाने पर जोर देते हैं, विविध दृष्टिकोणों का उपयोग करके इलेक्ट्रॉन-छिद्र पृथक्करण में सुधार करते हैं जो चरण हेटेरो-जंक्शन (जैसे एनाटेस-रूटाइल इंटरफेस), नोबल-मेटल नैनोपार्टिकल्स, सिलिकॉन नैनोवायर और प्रतिस्थापन कटियन डोपिंग जैसी संरचनात्मक विशेषताओं पर भरोसा कर सकते हैं। .[20] प्रकाश उत्प्रेरक डिजाइन का अंतिम लक्ष्य कम उत्पादों का उत्पादन करने के लिए ऑक्सीडेंट के साथ उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की अभिक्रिया की सुविधा, और / या ऑक्सीकृत उत्पादों का उत्पादन करने के लिए रिडक्टेंट्स के साथ उत्पन्न छिद्रों की अभिक्रिया को सुविधाजनक बनाना है। सकारात्मक छिद्रों और उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की उत्पत्ति के कारण, प्रकाश से विकिरणित अर्धचालकों की सतह पर ऑक्सीकरण-कमी अभिक्रियाएं होती हैं।

ऑक्सी डेटिव अभिक्रिया के एक तंत्र में, छिद्र सतह पर मौजूद नमी के साथ अभिक्रिया करते हैं और एक हाइड्रॉक्सिल रेडिकल का उत्पादन करते हैं। धातु ऑक्साइड (एमओ) सतह में प्रकाश-प्रेरित एक्सिटोन पीढ़ी द्वारा अभिक्रिया शुरू होती है:

एमओ + एचवी → एमओ (एच+ +इ−)

प्रकाशकैटलिटिक प्रभाव के कारण ऑक्सीडेटिव अभिक्रियाएं:

एच+ + एच2ओ → एच+ + •ओएच
2एन+ + 2 एच2ओ → 2 एच+ + एच2ओ2
एच2ओ2 → 2 •ओएच

प्रकाशकैटलिटिक प्रभाव के कारण रिडक्टिव अभिक्रियाएं:

इ− + ओ2 → •ओ2-
• ओ2− + एच2ओ + एच+ → एच2ओ2 + ओ2
एच2ओ2 → 2 •ओएच

अंततः, दोनों अभिक्रियाओं में हाइड्रॉक्सिल रेडिकल उत्पन्न होते हैं। ये रेडिकल प्रकृति में ऑक्सीडेटिव होते हैं और ई0= +3.06वी की रेडॉक्स क्षमता के साथ गैर-चयनात्मक होते हैं।[21]

टाइटेनियम डाइऑक्साइड(TiO
2) विषम कटैलिसीस के लिए एक आम पसंद है। रासायनिक वातावरण के लिए जड़ता और लंबी अवधि की प्रकाशस्टेबिलिटी ने TiO
2 को कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों में एक महत्वपूर्ण सामग्री बना दिया है। TiO
2 एक विस्तृत बॉन्ड-अंतर अर्धचालक है। इसकी आमतौर पर रूटाइल (बॉन्डअंतर 3.0 ईवी) और एनाटेज (बॉन्डअंतर 3.2 ईवी) चरणों में जांच की जाती है। प्रकाशकैटलिटिक अभिक्रियाएं अर्धचालक के बॉन्ड अंतराल के बराबर या उससे अधिक ऊर्जा के साथ रोशनी के अवशोषण द्वारा शुरू की जाती हैं। यह इलेक्ट्रॉन-छिद्र (e− /h+) युग्म उत्पन्न करता है|[22] (ई-</सुप> /एच+) जोड़े: <रेफरी नाम = इभादों 189–218 >Ibhadon, Alex; Fitzpatrick, Paul (2013-03-01). "विषम फोटोकैटलिसिस: हाल के अग्रिम और अनुप्रयोग". Catalysts. 3 (1): 189–218. doi:10.3390/catal3010189. ISSN 2073-4344. CC-BY icon.svgटेक्स्ट को इस स्रोत से कॉपी किया गया था, जो Creative Commons Attribution 3.0 (CC BY 3.0) लाइसेंस के तहत उपलब्ध है।</ref>

जहां इलेक्ट्रॉन कंडक्शन बॉन्ड में होता है और होल वैलेंस बॉन्ड में होता है। विकिरणित TiO
2 कण अर्धचालक के संपर्क में अणुओं के लिए इलेक्ट्रॉन दाता या स्वीकर्ता के रूप में व्यवहार कर सकता है। यह अवशोषित प्रजातियों के साथ रिडॉक्स अभिक्रियाओं में भाग ले सकता है, क्योंकि वैलेंस बॉन्ड होल दृढ़ता से ऑक्सीकरण कर रहा है जबकि कंडक्शन बॉन्ड इलेक्ट्रॉन दृढ़ता से कम हो रहा हैकम कर रहा है।[22]

प्लास्मोनिक एंटीना-रिएक्टर प्रकाश उत्प्रेरक

एक प्लास्मोनिक एंटीना-रिएक्टर प्रकाश उत्प्रेरक एक प्रकाश उत्प्रेरक है जो एक उत्प्रेरक को संलग्न एंटीना के साथ जोड़ता है जो उत्प्रेरक की प्रकाश को अवशोषित करने की क्षमता को बढ़ाता है, जिससे इसकी दक्षता बढ़ जाती है।

एक सिलिकॉन डाइऑक्साइड(SiO
2) एक एयू(au) प्रकाश अवशोषक के साथ मिलकर हाइड्रोजन सल्फाइड-टू-हाइड्रोजन अभिक्रियाओं को त्वरित करता है। यह प्रक्रिया परंपरागत क्लॉस प्रक्रिया का एक विकल्प है जो 800-1,000 डिग्री सेल्सियस (1,470-1,830 डिग्री फारेनहाइट) पर संचालित होती है|[22]

Cu प्रकाश अवशोषक के साथ मिलकर एक Fe उत्प्रेरक दृश्यमान प्रकाश का उपयोग करके परिवेश के तापमान पर अमोनिया(NH
3) से हाइड्रोजन का उत्पादन कर सकता है । पारंपरिक Cu-Ru उत्पादन 650–1,000 °C (1,202–1,832 °F) पर संचालित होता है.[23]


अनुप्रयोग

प्रकाशएक्टिव उत्प्रेरक पिछले एक दशक में पेश किए गए हैं, जैसे कि TiO
2 और ZnO नैनो रोड्स। अधिकांश इस तथ्य से पीड़ित हैं कि वे अपनी बांड संरचना के कारण केवल यूवी विकिरण के तहत ही प्रदर्शन कर सकते हैं। ग्राफीन-जेएनओ नैनोकम्पाउंड समेत अन्य प्रकाश उत्प्रेरक इस समस्या का मुकाबला करते हैं।[24]


कागज

सूक्ष्म आकार के जिंक ऑक्साइड टेट्रापोडल कणों को पायलट पेपर उत्पादन में जोड़ा गया।[25] सबसे आम एक-आयामी नैनोस्ट्रक्चर हैं, जैसे कि नैनोरोड्स, नैनोट्यूब, नैनोफाइबर, नैनोवायर, लेकिन नैनोप्लेट्स, नैनोशीट्स, नैनोस्फेयर, टेट्रापोड भी। ZnO जोरदार ऑक्सीडेटिव, रासायनिक रूप से स्थिर है, बढ़ी हुई प्रकाशकैटलिटिक गतिविधि के साथ, और एक बड़ी मुक्त-उत्तेजना बाध्यकारी ऊर्जा है। यह गैर-विषाक्त, प्रचुर मात्रा में, जैव-संगतता, जैव-निम्नीकरणीय, पर्यावरण के अनुकूल, कम लागत और सरल रासायनिक संश्लेषण के साथ संगत है। ZnO सौर विकिरण के तहत प्रकाश उत्प्रेरक में इसके व्यापक उपयोग की सीमा का सामना करता है। इस सीमा को दूर करने के लिए कई दृष्टिकोण सुझाए गए हैं जिसमें बॉन्ड अंतर को कम करने के लिए डोपिंग और चार्ज वाहक पृथक्करण में सुधार शामिल है।[26]


पानी का बंटवारा

Main article: Photocatalytic water splitting

प्रकाश उत्प्रेरक जल विभाजन पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में अलग करता है:[27]

:2 H2O → 2 H2 + O2

प्रचलित जांच सामग्री, TiO2, अक्षम है। TiO2 और निकल ऑक्साइड (NiO) के मिश्रण अधिक सक्रिय होते हैं। NiO दृश्यमान स्पेक्ट्रम के महत्वपूर्ण दोहन की अनुमति देता है।[28] पराबैंगनी रेंज में एक कुशल प्रकाश उत्प्रेरक सोडियम टैंटेलाइट (NaTaO3) पर आधारित है, जिसे लैंथेनम से डोप किया गया है और एक निकल ऑक्साइड कोकैटलिस्ट के साथ लोड किया गया है।। सतह को लेण्टेनियुम के साथ डोपिंग से नैनोस्टेप्स के साथ ग्रूव किया गया है (3-15 एनएम रेंज, नैनोटेक्नोलॉजी देखें)। NiO कण किनारों पर मौजूद होते हैं, जिसमें खांचे से ऑक्सीजन निकलती है।

सेल्फ-क्लीनिंग ग्लास

टाइटेनियम डाइऑक्साइड सेल्फ-क्लीनिंग ग्लास में भाग लेता है।। [29][30]TiO
2 से उत्पन्न मुक्त कण कार्बनिक यौगिकों का ऑक्सीकरण करते है।[31][32] खुरदरा कील जैसा TiO
2 सतह को ऑक्टाडेसिलोफॉस्फोनिक एसिड (ODP) के हाइड्रोफोबिक मोनोलेयर के साथ संशोधित किया जा सकता है। TiO
2 सतहें जो 10 सेकंड के लिए प्लाज्मा (भौतिकी) से उकेरी गई थीं और बाद में ODP के साथ सतह के संशोधनों ने 150◦ से अधिक जल संपर्क कोण दिखाया। ऑक्टाडेसिलोफॉस्फोनिक के तेजी से अपघटन के कारण यूवी रोशनी पर सतह को एक सुपरहाइड्रोफिलिक सतह (जल संपर्क कोण = 0◦) में परिवर्तित कर दिया गया था, जिसके परिणामस्वरूप ऑक्टाडेसिलोफॉस्फोनिक एसिड कोटिंग का तेजी से अपघटन हुआ। इस कारण TiO
2 के व्यापक बॉन्ड अंतराल, अर्धचालक सामग्री द्वारा प्रकाश अवशोषण और अनोपेड tio2 के परिणामस्वरूप सुपरहाइड्रोफिलिक रूपांतरण के लिए पराबैंगनी विकिरण (तरंग दैर्ध्य 390 एनएम) की आवश्यकता होती है और इस तरह बाहरी अनुप्रयोगों के लिए स्व सफाई को बाहरी अनुप्रयोगों को प्रतिबंधित कर देता है।[33]


कीटाणुशोधन और सफाई

  • जल कीटाणुशोधन / परिशोधन,[34] सौर जल कीटाणुशोधन (एसओडीआईएस) का एक रूप।[35][36]अधिशोषक टेट्राक्लोरोएथिलीन जैसे जीवों को आकर्षित करते हैं|अधिशोषक को 18 घंटे के लिए पैक्ड बेड में रखा जाता है। खर्च किए गए अधिशोषकों को पुनर्जनन द्रव में रखा जाता है, अधिशोषण के दौरान पानी के प्रवाह के विपरीत गर्म पानी को प्रवाहित करके अनिवार्य रूप से जुड़े कार्बनिक पदार्थों को हटा दिया जाता है। पुनर्जनन द्रव शेष जीवों को हटाने और विघटित करने के लिए सिलिका जेल प्रकाश उत्प्रेरक्स के निश्चित बिस्तरों से होकर गुजरता है।
  • TiO
    2     स्व-नसबंदी (स्टरलाइजिंग) कोटिंग्स (खाद्य संपर्क सतहों और अन्य वातावरणों में आवेदन के लिए जहां माइक्रोबियल रोगजनक अप्रत्यक्ष संपर्क से फैलते हैं)।[37]
  • एक चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके उत्तेजित जैविक संदूषकों के TiO
    2     नैनोकणों का ऑक्सीकरण।[38]
  • सर्जिकल उपकरणों की नसबंदी, बिजली और ऑप्टिकल घटकों से उंगलियों के निशान को हटाना।[39]


CO
2 से हाइड्रोकार्बनका उत्पादन

TiO
2, कार्बन डाइऑक्साइड का गैसीय हाइड्रोकार्बन में रूपांतरण है |[40] प्रस्तावित अभिक्रिया तंत्र में कार्बन मोनोऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड से अत्यधिक अभिक्रियाशील कार्बन रेडिकल का निर्माण शामिल है जो अंततः मीथेन बनाने के लिए प्रकाशजेनरेटेड प्रोटॉन के साथ अभिक्रिया करता है। TiO
2 आधारित प्रकाश उत्प्रेरक की दक्षता कम हैं, हालांकि कार्बन नैनोट्यूब [41] और धात्विक नैनोकणो जैसे नैनोस्ट्रक्चर मदद करते है| [42]

पेंट्स

ईपेंट पारंपरिक गन्दगी रोधी समुद्री पेंट का एक कम विषैला विकल्प है जो हाइड्रोजन पेरोक्साइड उत्पन्न करता है।

पॉलीपीरिडिल कॉम्प्लेक्स द्वारा कार्बनिक अभिक्रियाओं का प्रकाश उत्प्रेरक,[43] पोर्फिरीन,[44] या अन्य रंजक[45] शास्त्रीय दृष्टिकोण से दुर्गम सामग्री का उत्पादन कर सकते हैं। अधिकांश प्रकाशकैटलिटिक डाई डिग्रेडेशन अध्ययनों ने TiO
2 को नियोजित किया है| TiO
2 के एनाटेज रूप मे उच्च फोटॉन के अवशोषण गुण होते हैं।[46]


निस्पंदन झिल्ली

निस्पंदन झिल्ली के लिए गंदगी रोधी कोटिंग्स,[47]प्रदूषक गिरावट [48] या Cr(VI) निष्कासन के लिए पृथक्करण परत के रूप में कार्य कर सकती है[49] ।


निर्माण

Light2CAT 2012 से 2015 तक यूरोपीय आयोग द्वारा वित्त पोषित एक परियोजना थी। इसका उद्देश्य एक संशोधित TIO विकसित करना था, TiO
2 जो दृश्यमान प्रकाश को अवशोषित कर सके और इस संशोधित TiO
2 का निर्माण कर कंक्रीट में शामिल कर सके [50]| TiO
2, NOx जैसे हानिकारक प्रदूषकों को NO3− में बदल देता है |3[51] संशोधित TiO
2 का उपयोग कोपेनहेगन और होलबेक, डेनमार्क और वालेंसिया, स्पेन में उपयोग किया गया था। इस "स्व-सफाई" कंक्रीट के कारण एक वर्ष के दौरान NOx में 5-20% की कमी आई।[52]


परिमाणीकरण

ISO 22197-1:2007 NO
2 के माप के लिए एक परीक्षण विधि निर्दिष्ट करता है, उन सामग्रियों को हटाने के लिए जिनमें एक प्रकाश उत्प्रेरक होती है या सतही प्रकाशकैटलिटिक फिल्में होती हैं।[53] विशिष्ट फूरियर रूपांतरण अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी सिस्टम का उपयोग विशेष रूप से वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों और प्रतिनिधि बाइंडर मैट्रिक्स के संबंध में प्रकाशकेटलिटिक गतिविधि या निष्क्रियता को चिह्नित करने के लिए किया जाता है।[54] मास स्पेक्ट्रोमेट्री नाइट्रोजन एनओएक्स(NOx) या CO
2 गैसीय प्रदूषकों के अपघटन को ट्रैक करके प्रकाशकैटलिटिक गतिविधि के मापन की अनुमति देता है [55]


यह भी देखें

संदर्भ

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