TiO2 DISPERSA CON ZEOLITI
L'idea del Prof. M. Anpo [11] e dei suoi collaboratori è quella di sfruttare le proprietà uniche delle zeoliti le quali offrono campo di razione nanostrutturato ed un inusuale topologia della superfice interna per la progettazione di un nuovo catalizzatore. Nel presente studio vengono confrontati i risultati di tre diversi catalizzatori in cui in un primo caso (ex-Ti-oxide/Y-zeolite 1.1% p/p TiO2) il diossido di Titanio (92% anatase e 8% rutile) viene altamente disperso, incluso nella struttura e nelle cavità della Y-zeolite (SiO2/Al2O3=5.5), mediante metodo dello scambio ionico, in un secondo caso (imp-Ti-oxide/Y-zeolite 1.0 e 10% p/p TiO2) mediante impregnazione dell'Y-zeolite con una soluzione acquosa di titanio ammonio ossalato mentre nell'ultimo caso al catalizzatore ex-Ti-oxide/Y-zeolite si è aggiunto Pt. Particolare attenzione è stata posta alla relazione tra la struttura delle speci al Titanio e la selettività nella fotocatalisi della CO2,inoltre si è investigato sul ruolo delle dimensioni e della struttura delle cavità della zeolite.
L'irradiazione UV di tutti i catalizzatori preparati in persenza di CO2 e H2O (gas) a condotto alla produzione di metano e metanolo con tracce di CO, C2H4, C2H6 e O2. Nel grafico a lato è riportata la reattività dei vari catalizzatori per la produzione di CH4 e CH3OH. E' chiaro che la resa e la selettività dipendono fortemente dal catalizzatore ed in ogni caso per Ti-oxide/Y-zeolite è maggiore che per la semplice titania. In particolare l'ex-Ti-oxide/Y-zeolite mostra la maggiore reattività e selettività rispetto agli altri catalizzatori, questo è dovuto ad una maggiore dispersione della titania ottenuta con questo metodo. Qesta tesi viene confermata dall'analisi dello spettro UV ottenuto in riflettanza diffusa il quale mostra un significativo shift verso il visibile della banda di assorbimento. Indagini spettroscopiche più avanzate hanno messo in luce che nell'ex-Ti-oxide/Y-zeolite il diossido di titanio ha una coordinazione tetraedrica mentre l'imp-Ti-oxide/Y-zeolite presenta strutture tipiche della titania cristallina, il che conferma ulteriormente la maggiore dispersione della TiO2 nell'ex-Ti-oxide/Y-zeolite.
Infine un discorso a parte merita l'ex-Ti-oxide/Y-zeolite drogata con Pt, mediante questa aggiunta si osserva un sensibile aumento della produzione di metano a fronte di una diminuzione di quella di metanolo. Le analisi spettroscopiche di questo catalizzatore portano a risultati del tutto analoghi a quelli della semplice ex-Ti-oxide/Y-zeolite il che dimostra che il Pt non modifica la struttura della TiO2 all'interno del catalizzatore. L'azione del platino si chiarisce analizzando lo spettro di fotoluminescenza del catalizzatore (figura laterale) attribuibile ad un processo di decadimento radiativo dallo stato eccitato ([Ti3+-O-]*) a quello fondamentale ([Ti4+-O2-]). Si osserva che il drogaggio con Pt comporta un effettiva diminuzione dell'intensità della radiazione di fotoluminescenza assimilabile con un trasferimento di elettroni dallo stato foto-eccitato ([Ti3+-O-]*) al platino metallico ottenendo così una separazione di carica in quanto le buche positive restano sulla titania mentre gli elettroni vanno sul Pt. Di conseguenza la riduzione operata dagli elettroni e l'ossidazione delle buche occorno indipendentemente in siti diversi inplementando così la selettività per il CH4.


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