NiO-InTaO4
Oltre alla titania, che è il semiconduttore con proprietà fotocatalitiche per eccellenza, in questi anni si sono studiati altri fotocatalizzatori. Uno di questi sistemi contiene come semiconduttore un ossido misto di Indio e Tantalio e ossido di Nichel come co-catalizzatore [14].

L'InTaO4 policristallino ha come precursori l'ossido di indio (In2O3) e l'ossido di tantalio (Ta2O5). Dopo aver fatto reagire i due ossidi per 12 ore a 1100°C il co-catalizzatore viene aggiunto immergendo il preparato in una soluzione acquosa di Ni(NO3)2. Successivamente il catalizzatore può essere prettrattato con un agente riducente (idrogeno molecolare) a 500°C per 2 ore e con un agente ossidante (ossigeno molecolare) a 200°C per 1 ora (trattamento R500-O200). Grazie a questo processo di riduzione-ossidazione si forma una struttura core-shell di Nichel metallico e ossido di nichel sulla superficie del catalizzatore.

L'esperimento viene condotto in un reattore a flusso continuo. Il catalizzatore viene disperso in 50 ml di una soluzione acquosa posta in una cella di vetro pyrex. Una soluzione acquosa di bicarbonato di potassio (0.2 M) viene impiegata come assorbente per il diossido di carbonio, il quale è introdotto in forma ultrapura per per eliminare l'ossigeno e per saturare la soluzione. La tempuratura di reazione è sotto quella ambiente e la sorgente di luce impiegata è una lampada alogena (550 W). Dopo 20 ore viene analizzata la miscela di gas ottenuti tramite gas-cromatografia con rivelatore FID.

Come si deduce dalla figura a lato l'ossido misto di indio e tantalio è in grado di ridurre l'anidride carbonica e le sue specie derivanti, acido carbonico e carbonato, in metanolo. I potenziali di riduzione delle varie specie sono energeticamente posti tra la banda di conduzione e la banda di valenza del catalizzatore, caratteristica principale che deve avere un semiconduttore per essere un buon fotocatalizzatore.

Il grafico 1 rappresenta gli spettri di assorbimento dei catalizzatori considerati.( (a) InTaO4, (b) 1.0wt% NiO-InTaO4, (c) 1.0wt% NiO-InTaO4 R500-O200). L'ossido misto di Indio e Tantalio ha un assorbimento esteso fino a 465 nm (a), dovuto all'energy Gap tra la sua banda di valenza e quella di conduzione (2.7 V). La presenza dell'ossido di Nichel come co-catalizzatore non cambia significativamente il salto energetico nel semiconduttore (2.6 V), ma estende debolmente lo spettro di assorbimento anche nella regione del visibile (b). Dopo il trattamento di riduzione-ossidazione lo spettro di assorbimento del catalizzatore è molto più ampio e si estende in tutta la regione del visibile (c), con un'assorbanza maggiore proprio in questa regione rispetto agli altri due catalizzatori.
grafico 1
grafico 2
Il principale prodotto ottenuto è il metanolo. Dal grafico 2 si osserva che la resa dopo il trattamento R500-O200 è maggiore rispetto al catalizzatore non trattato. In particolare con 1.0 wt% di ossido di Nichel si ottiene 1.394 mol di metanolo ogni ora per ogni grammo di catalizzatore nelle prime 20 ore. Si suppone che il co-catalizzatore formi una trappola per elettroni in modo da sfavorire la ricombinazione hole-elettrone e aumentare l'attività fotocatalitica del catalizzatore. L'efficienza quantica di questo sistema è del 2.45%, calcolata attraverso la formula riportata precedentemente; gli elettroni in questo caso sono 6. Rispetto ad altri sistemi visti in precedenza questo è quello che ha la resa quantica maggiore.


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