1. Assorbimento della luce :Quando la luce solare colpisce il materiale semiconduttore, come il TiO2, l'energia dei fotoni viene assorbita dagli elettroni del materiale. Ciò fa sì che gli elettroni si eccitino e si spostino dalla banda di valenza a quella di conduzione, creando una lacuna carica positivamente nella banda di valenza.
2. Separazione dei costi :Gli elettroni eccitati e le lacune caricate positivamente migrano verso i lati opposti del materiale semiconduttore. Gli elettroni si muovono verso la superficie del materiale, mentre le lacune si muovono verso l'interno.
3. Divisione dell'acqua :Sulla superficie del materiale semiconduttore, gli elettroni eccitati reagiscono con le molecole d'acqua. Questa reazione divide le molecole d'acqua in ioni idrogeno (H+) e ossigeno (O2).
4. Riduzione dell'azoto :Sulla stessa superficie, le lacune caricate positivamente reagiscono con le molecole di azoto gassoso. Questa reazione rompe il forte triplo legame tra gli atomi di azoto nella molecola di N2, formando specie reattive dell'azoto.
5. Formazione di ammoniaca :Gli ioni idrogeno prodotti dalla scissione dell'acqua reagiscono con le specie reattive dell'azoto per formare ammoniaca. Questa reazione avviene sulla superficie del materiale semiconduttore e le molecole di ammoniaca vengono rilasciate nell'ambiente circostante.
Il processo di fissazione dell'azoto fotocatalitico può essere ottimizzato controllando vari fattori come il tipo di materiale semiconduttore, l'area superficiale del materiale, l'intensità della sorgente luminosa e la presenza di catalizzatori o promotori aggiuntivi. La ricerca in questo settore è in corso per migliorare l’efficienza e le applicazioni pratiche di questa tecnologia per la produzione sostenibile di ammoniaca.
