Механизм фотокатализа

Современные воздухоочистители «Аэролайф» работают по технологии фотокатализа — процесса, при котором химические реакции ускоряются под действием света в присутствии катализатора. Фотокатализатор поглощает ультрафиолетовое излучение, переходит в активное состояние и инициирует окисление загрязняющих веществ, восстанавливая свой состав после каждой реакции.

Суть метода заключается в разложении вредных примесей на поверхности катализатора под действием мягкого ультрафиолетового света диапазона А (320–400 нм). Процесс протекает при комнатной температуре, не требует высокого давления и не приводит к накоплению токсичных веществ на фильтре. Органические загрязнители, такие как летучие соединения, бактерии и вирусы, полностью окисляются до углекислого газа и воды. 

В качестве фотокатализатора используется модифицированный диоксид титана (TiO₂) — полупроводниковое соединение. Согласно современным представлениям, в таких соединениях электроны могут находиться в двух состояниях: свободном и связанном.

В первом случае электроны движутся по кристаллической решётке, образованной катионами Ti⁴⁺ и анионами кислорода O²⁻.

Во втором случае — основном — электроны связаны с каким-либо ионом кристаллической решётки и участвуют в образовании химической связи. Для перевода электрона из связанного состояния в свободное необходимо затратить энергию не менее 3,2 эВ. Эта энергия может быть доставлена квантами света с длиной волны 320–400 нм. Таким образом, при поглощении света в объёме частицы TiO₂ рождаются свободный электрон и электронная вакансия. В физике полупроводников такая электронная вакансия называется дыркой.

Электрон и дырка — достаточно подвижные образования, и, двигаясь в частице полупроводника, часть из них рекомбинирует, а часть выходит на поверхность и захватывается ею. Захваченные поверхностью электрон и дырка являются вполне конкретными химическими частицами. Например, электрон, вероятно, соответствует Ti³⁺ на поверхности, а дырка локализуется на решёточном поверхностном кислороде, образуя O⁻. Таким образом, на поверхности оксида образуются чрезвычайно реакционноспособные частицы. В терминах окислительно-восстановительных потенциалов реакционная способность электрона и дырки на поверхности TiO₂ характеризуется следующими величинами: потенциал электрона ~ −0,1 В, потенциал дырки ~ +3,0 В относительно нормального водородного электрода.