Adsorción y oxidación fotoinducidas de SO2 en la anatasa TiO101

Área de la Ciencia:

• Ciencias de la superficie
• Fotocatálisis
• Química computacional

Sus antecedentes:

• La adsorción es clave para la catálisis heterogénea, pero los mecanismos de adsorción mediados por fotones en superficies sólidas son poco conocidos.
• Los estados excitados del catalizador complican el análisis de los procesos de adsorción fotoinducidos.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y demostrar un método que utilice la teoría funcional de la densidad (DFT) para cuantificar la adsorción fotoinducida.
• Aclarar los mecanismos fundamentales de la fotoadsorción en los óxidos de metales de transición.
• Investigar la fotoadsorción del dióxido de azufre (SO2) en el dióxido de titanio (TiO2).

Principales métodos:

• Cálculos de la Teoría Funcional de la Densidad (DFT).
• Espectroscopia de la transformación de Fourier en el infrarrojo de reflectancia difusa in situ (DRIFTS).
• Enfoque experimental y teórico combinados.

Principales resultados:

• Procesos de adsorción fotoinducidos cuantificados en óxidos de metales de transición.
• Se ha descrito la desulfurización fotocatalítica del SO2 sobre el TiO2 (101).
• Identificó el sulfato de superficie (SO4 ^ 2-) como el veneno catalítico, formado por oxidación gradual de SO2 a través de intermediarios de sulfito.
• Huellas espectrales caracterizadas de reacciones superficiales con agua y grupos hidroxilo.

Conclusiones:

• El enfoque DFT cuantifica efectivamente la adsorción fotoinducida y revela los mecanismos de reacción.
• La formación de sulfato de superficie (SO4 ^ 2 -) a partir de la fotoadsorción de SO2 en TiO2 conduce a un envenenamiento catalítico.
• La metodología puede extenderse a otros sistemas de óxidos metálicos de transición fotocatalíticos.