ФОТОКАТА́ЛИЗ

ФОТОКАТА́ЛИЗ (от фо­то… и ка­та­лиз), из­ме­не­ние ско­ро­сти про­те­ка­ния хи­мич. ре­ак­ции или её ини­ции­ро­ва­ние под дей­ст­ви­ем све­та (обыч­но ближ­не­го УФ-, ви­ди­мо­го и, ред­ко, ближ­не­го ИК-диа­па­зо­нов) с уча­сти­ем ве­ще­ст­ва (фо­то­ка­та­ли­за­то­ра), спо­соб­но­го при по­гло­ще­нии им кван­тов све­та вы­зы­вать хи­мич. пре­вра­ще­ния уча­ст­ни­ков ре­ак­ции, мно­го­крат­но всту­пая с ни­ми в про­ме­жу­точ­ные хи­мич. взаи­мо­дей­ст­вия и ре­ге­не­ри­руя свой хи­мич. со­став по­сле ка­ж­до­го цик­ла та­ких взаи­мо­дей­ст­вий. В на­уч. пуб­ли­ка­ци­ях тер­мин «Ф.» поя­вил­ся в 1910-х гг. Су­ще­ст­вен­ный вклад в тео­рию и прак­ти­ку Ф. вне­сён А. Н. Те­ре­ни­ным и его уче­ни­ка­ми, а так­же учё­ны­ми но­во­си­бир­ской (В. Н. Пар­мон) и мо­с­ков­ской (Ф. Ф. Воль­кен­штейн, В. Б. Ка­зан­ский) на­уч. школ.

Фо­то­ка­та­ли­тич. про­цес­сы про­ис­хо­дят при со­вме­ст­ном дей­ст­вии све­та и ка­та­ли­за­то­ра и мо­гут осу­ще­ст­в­лять­ся в ус­ло­ви­ях зна­чи­тель­но бо­лее мяг­ких по срав­не­нию с ана­ло­гич­ны­ми тем­но­вы­ми про­цес­са­ми (час­то на­блю­да­ют­ся при ком­нат­ной и бо­лее низ­ких тем­пе­ра­ту­рах). За счёт по­сто­ян­но­го при­то­ка энер­гии (энер­гии све­та) при Ф. ста­но­вят­ся воз­мож­ны­ми ре­ак­ции, ко­то­рые не мо­гут са­мо­про­из­воль­но про­те­кать в дан­ных ус­ло­ви­ях.

Раз­ли­ча­ют го­мо­ген­ный и ге­те­ро­ген­ный Ф. Осо­бен­но ин­тен­сив­но изу­ча­ют­ся и вне­дря­ют­ся в прак­ти­ку ге­те­ро­ген­ные про­цес­сы, в ко­то­рых фо­то­ка­та­ли­за­тор – твёр­дое ве­ще­ст­во. Как твёр­дые фо­то­ката­ли­за­то­ры рас­смат­ри­ва­ют ве­ще­ст­ва, об­ла­даю­щие по­лу­про­вод­ни­ко­вы­ми свой­ст­ва­ми и хи­ми­че­ски ста­биль­ные в ре­ак­ци­он­ной сре­де. К фо­то­ка­та­ли­за­то­рам го­мо­ген­но­го про­цес­са от­но­сят, напр., ком­плек­сы пе­ре­ход­ных ме­тал­лов. Кон­крет­ные ме­ха­низ­мы Ф., как и ка­та­лиза, мно­го­об­раз­ны и ус­та­нов­ле­ны для не­зна­чит. чис­ла ре­ак­ций. Так, ме­ха­низм дей­ст­вия од­но­го из наи­бо­лее ши­ро­ко ис­поль­зуе­мых твёр­дых фо­то­ка­та­ли­за­то­ров – ди­ок­си­да ти­та­на, объ­яс­ня­ет­ся внутр. фо­то­эф­фек­том в по­лу­про­вод­ни­ке: энер­гия кван­та све­то­вой энер­гии, по­гло­щён­но­го твёр­дым те­лом, пре­об­ра­зу­ет­ся в энер­гию но­си­те­лей за­ря­да – элек­тро­нов и ды­рок, ко­то­рые за­тем об­ра­зу­ют на по­верх­но­сти час­ти­цы твёр­до­го те­ла со­от­вет­ст­вен­но вос­ста­но­вит. и окис­лит. цен­тры, уча­ст­вую­щие в даль­ней­ших ре­ак­ци­ях.

Гл. на­прав­ле­ние ис­сле­до­ва­ний Ф. – раз­ра­бот­ка но­вых фо­то­ка­та­ли­за­то­ров пу­тём це­ле­на­прав­лен­но­го син­те­за слож­ных по со­ста­ву и строе­нию хи­мич. ве­ществ и со­еди­не­ний, со­че­таю­щих спо­соб­ность мак­си­маль­но по­гло­щать свет сол­неч­но­го диа­па­зо­на с не­об­хо­ди­мы­ми элек­тро­фи­зич. и ка­та­ли­тич. свой­ст­ва­ми. Осн. ха­рак­те­ри­сти­ки фо­то­ка­та­ли­тич. про­цес­са: кван­то­вый вы­ход, кван­то­вая эф­фек­тив­ность, фо­то­ка­та­ли­тич. ак­тив­ность, спек­траль­ная се­лек­тив­ность, спектр дей­ст­вия фо­то­ка­та­ли­за­то­ра.

Ф. при­ме­ня­ет­ся в очи­ст­ке воз­ду­ха и во­ды (в т. ч. под дей­ст­ви­ем ес­те­ст­вен­но­го сол­неч­но­го све­та) от ор­га­нич. за­гряз­ни­те­лей в низ­ких кон­цен­тра­ци­ях, для ан­ти­бак­те­ри­аль­ной об­ра­бот­ки. Мо­жет ис­поль­зо­вать­ся: для вы­де­ле­ния во­до­ро­да из во­ды, вы­де­ле­ния ме­ди и бла­го­род­ных ме­тал­лов на твёр­дый но­си­тель с це­лью их из­вле­че­ния из раз­бав­лен­ных рас­тво­ров или по­лу­че­ния вы­со­ко­дис­перс­ных на­не­сён­ных ме­тал­лич. ка­та­ли­за­то­ров, для пре­об­ра­зо­ва­ния ор­га­нич. со­еди­не­ний (ак­ти­ва­ции на­сы­щен­ных уг­ле­во­до­ро­дов, мяг­ко­го окис­ле­ния, гид­ри­ро­ва­ния, де­гид­ри­ро­ва­ния и др.), для соз­да­ния са­мо­очи­щаю­щих­ся по­кры­тий. Фо­то­ка­та­ли­тич. ре­ак­ции иг­ра­ют за­мет­ную роль в при­ро­де (напр., раз­ло­же­ние или окис­ле­ние ор­га­нич. ве­ществ в тро­по­сфе­ре на твёр­дых час­ти­цах аэ­ро­зо­лей под дей­ст­ви­ем сол­неч­но­го све­та).