Докторант
  1. Неорганическая химия  1.1. Координационная химия  1.1.1. Теория поля лигандов  1.1.2. Теория кристаллического поля  1.1.3. Теория молекулярных орбиталей для координационных соединений  1.1.4. Устойчивость координационных соединений  1.1.5. Электронные спектры координационных соединений  1.1.6. Изомерия в координационных соединениях  1.1.7. Кинетика и механизм координационных реакций  1.2. Органометаллическая химия  1.2.1. Металлокарбонилы  1.2.2. Металлические алкилы и арилы  1.2.3. Карбены Фишера и Шрока  1.2.4. Оксидативное присоединение и восстановительное элиминирование  1.2.5. Металлические гидриды  1.2.6. Катализ с помощью металлоорганических соединений  1.2.7. Металлоцены и сэндвич-комплексы  1.2.8. Активация CH  1.3. Химия твердых тел  1.3.1. Кристаллические структуры и решетки  1.3.2. Теория зон и электрические свойства  1.3.3. Дефекты в кристалле  1.3.4. Синтез твердых материалов  1.3.5. Магнитные и оптические свойства твердых тел  1.3.6. Сверхпроводимость  1.3.7. Ионика твердого состояния  1.4. Био-неорганическая химия  1.4.1. Металлопротеины и ферменты  1.4.2. Транспорт и хранение ионов металлов  1.4.3. Роль металлов в медицине  1.4.4. Катализ, вдохновленный биологией  1.4.5. Взаимодействия металлов с ДНК  1.4.6. Metal Complexes in Medical Science  1.5. Лантаноиды и актиноиды  1.5.1. Электронная конфигурация и степени окисления в лантаноидах и актиноидах  1.5.2. Спектральные и магнитные свойства в лантанидах и актиноидах  1.5.3. Разделение и извлечение лантаноидов и актинойдов  1.5.4. Координационная химия элементов f-блока  1.6. Химия главной группы  1.6.1. Химия соединений бора  1.6.2. Химия соединений кремния и германия  1.6.3. Химия соединений фосфора и серы  1.6.4. Органосиликатная химия  1.6.5. Химия инертных газов
  2. Органическая химия  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Реакции нуклеофильного замещения  2.1.2. Электрофильные реакции присоединения и замещения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перегруппировки  2.1.5. Радикальные реакции  2.1.6. Перициклические реакции  2.1.7. Фотохимические реакции  2.2. Стереохимия  2.2.1. Хиральность и оптическая активность  2.2.2. Структурный анализ  2.2.3. Стереоэлектронные эффекты  2.2.4. Асимметричный синтез  2.2.5. Динамическая стереохимия  2.3. Органометаллическая химия в органическом синтезе  2.3.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.3.2. Реакции сопряжения, катализируемые переходными металлами  2.3.3. Реакции, катализируемые палладием  2.3.4. Олефиновый метатезис  2.3.5. Катализ золота и серебра  2.4. Химия природных продуктов  2.4.1. Алкалоиды и терпеноида  2.4.2. Стероиды и флавоноиды  2.4.3. Полный синтез природных соединений  2.4.4. Биосинтез природных продуктов  2.5. Супрамолекулярная химия  2.5.1. Химия "хозяин-гость"  2.5.2. Самосборка и молекулярное распознавание  2.5.3. Супрамолекулярный катализа  2.5.4. Молекулярные машины
  3. Физическая химия  3.1. Термодинамика  3.1.1. Законы термодинамики  3.1.2. Химический потенциал и равновесие  3.1.3. Статистическая термодинамика  3.1.4. Неравновесная термодинамика  3.2. Квантовая химия  3.2.1. Уравнение Шрёдингера и его применения  3.2.2. Теория молекулярных орбиталей  3.2.3. Теория функционала плотности  3.2.4. Методы пост-Хартри–Фока  3.3. Химическая кинетика  3.3.1. Теория скорости реакции  3.3.2. Механизм и законы скорости  3.3.3. Катализ и кинетика ферментов  3.3.4. Динамика реакций  3.4. Спектроскопия и молекулярная структура  3.4.1. Инфракрасная спектроскопия  3.4.2. УФ-видимая спектроскопия  3.4.3. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  3.4.4. Масс-спектрометрия  3.4.5. Раманская спектроскопия  3.5. Поверхностная и коллоидная химия  3.5.1. Адсорбция и катализм  3.5.2. ПАВ и мицеллы  3.5.3. Коллоидная стабильность  3.5.4. Наноматериалы и интерфейсы
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Thin Layer Chromatography  4.1.4. Ионная хроматография  4.2. Электроаналитические методы  4.2.1. Вольтамметрия и Полярография  4.2.2. Кондуктометрия и потенциометрия  4.2.3. Кулонометрия  4.3. Спектроскопические методы  4.3.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.3.2. Флуоресцентная спектроскопия  4.3.3. Рентгеновская дифракция  4.3.4. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса  4.4. Хемометрика  4.4.1. Обработка данных и статистические методы  4.4.2. Мультдисциплинарный анализ  4.4.3. Машинное обучение в аналитической химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярное динамическое моделирование  5.2. Методы квантовой химии  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.4. Машинное обучение в химии  5.5. Аб иницио молекулярная динамика
  6. Биофизика и медицинская химия  6.1. Открытие и разработка лекарств  6.2. Кинетика ферментов и ингибирование  6.3. Подход к химической биологии  6.4. Взаимодействия белок-лиганд  6.5. Биоортогональная химия
  7. Химия материалов  7.1. Химия полимеров  7.1.1. Механизм полимеризации  7.1.2. Функциональные полимеры  7.1.3. Биоразлагаемые полимеры  7.1.4. Проводящие и полупроводниковые полимеры  7.2. Нанохимия  7.2.1. Наночастицы и наноструктуры  7.2.2. Наноматериалы на основе углерода  7.2.3. Квантовые точки  7.3. Энергетическая и экологическая химия  7.3.1. Battery and Fuel Cell Chemistry  7.3.2. Зеленая химия и устойчивые материалы  7.3.3. Фотокатализ

Докторант → Химия материалов → Энергетическая и экологическая химия ↓


Фотокатализ


Фотокатализ — это захватывающее направление химии, где энергия света используется для проведения химических реакций. Этот процесс обладает значительным потенциалом для энергетических и экологических приложений. Он основан на использовании света для возбуждения катализатора, вызывая преобразования, которые могут быть сложны для достижения в нормальных условиях. Давайте погрузимся глубже в этот удивительный мир фотокатализа.

Основы фотокатализа

Фотокатализ включает вещество, называемое фотокатализатором, которое способствует химическим реакциям, когда оно поглощает свет. В отличие от обычной химической реакции, где реагенты потребляются непосредственно, фотокатализатор остается неизменным после реакции. Это свойство обеспечивает устойчивый подход к проведению реакций, снижая потребление энергии и отходы.

Как работает фотокатализ?

Этот процесс начинается с поглощения фотонов фотокатализатором. Когда свет падает на поверхность фотокатализатора, электроны в материале возбуждаются из валентной зоны в зону проводимости, создавая пары электрон-дыра. Эти пары могут затем участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, приводя к химическим преобразованиям, которые иначе были бы невозможны.

Роль фотокатализатора

Фотокатализатор имеет решающее значение в этом процессе. Материалы, такие как диоксид титана (TiO2), оксид цинка (ZnO), и сульфид кадмия (CdS), часто используются благодаря их способности к эффективному поглощению света и реактивности. Эти материалы имеют специфические структуры, которые облегчают движение электронов, что важно для создания пар электрон-дыра.

Возбуждение электронов в диоксиде титана

В TiO2 возбуждение электронов может быть иллюстрировано следующим образом:

    VB : валентная зона ⟶ возбуждение ⟶ CB : зона проводимости
TiO2 Фотон

Применения в энергетике

Фотокатализ является краеугольным камнем различных энергетических приложений. Его способность преобразовывать солнечную энергию в химическую представляет значительный интерес для устойчивых энергетических технологий.

Солнечный водораздел

Фотокатализ играет ключевую роль в солнечном водоразделении, инновационном способе генерирования водорода из воды с использованием солнечного света. В этом процессе световые пары электрон-дыра в фотокатализаторе приводят к электролизу воды:

2H2O ⟶ 2H2 + O2

Этот процесс имеет огромный потенциал, обеспечивая чистое и возобновляемое средство для производства водорода, ценного носителя энергии.

вода H2O Фотокатализ H2 O2

Фотокаталитические топливные элементы

Фотокаталитические топливные элементы объединяют традиционные топливные элементы с фотокатализом, увеличивая выработку электроэнергии. Свет обеспечивает энергию для фотокаталитических материалов, которые разлагают органические топлива, одновременно генерируя электричество.

Такие системы имеют важное значение для разработки портативных и высокоэффективных энергетических устройств.

Применения в экологической химии

Фотокатализаторы оказали значительное влияние в экологической химии для контроля загрязнения и процессов очистки.

Очистка воды и воздуха

Фотокатализаторы активно используются для разложения вредных загрязнителей в воде и воздухе. Системы на основе диоксида титана (TiO2) особенно популярны, способные разлагать различные органические и неорганические компоненты под воздействием света.

Разложение загрязнителей

Общее уравнение, представляющее фотокаталитическое разложение, выглядит следующим образом:

    Загрязнитель + TiO2 / свет ⟶ CO2 + H2O + безвредный побочный продукт

Уничтожение микроорганизмов

Помимо разложения химических загрязнителей, фотокатализ также эффективен против микроорганизмов, таких как бактерии и вирусы, обеспечивая технологию очистки двойного действия.

Проблемы и перспективы

Несмотря на потенциал, фотокатализ сталкивается с несколькими проблемами. Эффективность поглощения света, быстрое рекомбинирование пар электрон-дыра и стоимость материалов являются некоторыми из областей, требующих прогресса.

Продолжающиеся исследования направлены на разработку лучших фотокатализаторов с улучшенной эффективностью и экономичностью. Наноструктурированные материалы и гибридные системы, обеспечивающие лучшее поглощение света и активность, являются многообещающими направлениями.

Заключение

Фотокатализ является ведущим направлением в химии, представляющим огромный потенциал в решении глобальных энергетических потребностей и экологических задач. Его способность проводить химические преобразования с помощью света открывает новые пути для устойчивых и зеленых химических практик.


Докторант → 7.3.3


U
username
0%
завершено в Докторант

← Предыдущий (7.3.2)
Зеленая химия и устойчивые материалы

Комментарии 



Фотокатализ

https://www.chemistryelite.com/phd/7.3.3?ceal=ru