Фотокаталитична активност на тънки слоеве със селективно фотофиксирани кокатализатори

Фотокаталитичните тънки слоеве намират приложение в редица приоритетни технологии: например обезвреждане на органични замърсители във вода или въздух (чрез фотоокисление и фоторедукция – до H2O и CO2) и самопочистващи се повърхности; във фотоелектрохимични клетки за разделяне на вода до „зелен“ водород (solar-to-hydrogen) или фоторедукция на СО2 до полезни продукти. Те най-често се базират на широкозонни полупроводници (напр. TiO2, ZnO и др.), които при поглъщане на светлинна енергия генерират възбудени състояния (екситони), състоящи се от мобилни фотовъзбудени електрони и положително-заредени „дупки“. На повърхността на фотокатализатора тези фотогенерирани заряди могат да участват в окислително-редукционни процеси с адсорбирани молекули, което води до тяхната химична трансформация и е основният механизъм на хетерогенният фотокатализ. 

Основен проблем във фотокатализа е ниският квантов добив (съотношението абсорбирани фотони на единица площ към успешни химични трансформации на повърхността), който от своя страна се дължи основно на рекомбинация на фотогенерираните заряди и загуба на по-голямата част (>99%) от погълнатата светлинна енергия под формата на топлина. Възможно решение на този проблем е функционализирането на фотокаталитичната повърхност с кокатализатори – материали (най-често благородни метали или оксиди на преходни метали), които на база на формиране на хетеропреходи акумулират само един от двата типа фотогенерирани заряди, ефективно разделяйки екситона, ограничавайки възможностите за рекомбинация и същевременно промотирайки само реакции на окисление или редукция.