PHOTOELECTROCATALYSIS ON SEMICONDUCTORS: FROM THE FUNDAMENTALS TO ITS CONFORMATION AT THE NANOSCALE LEVEL. The science of semiconductors, essential in electronics, is pivotal also for the most active research fields of environmental science and engineering today -the development of solar energy conversions and advanced oxidation processes, exemplified by the harvesting of sun daylight to produce electric energy, environmentally friendly fuels and to clean up water from harmful pollutants. The advancement of such fields relies on the fundamentals of the photocatalysis at semiconductors, summarized in this review in language familiar to chemists. The theory and experimental onrush emerged mainly during the first half of the 20 th century but the rising interest in the science of nanostructured materials in recent decades, besides many insights about the potential of this scale-down of sizes, also forced a revision of the theoretical models. Essentially, the interfacial model of the space-charge layer cannot explain the behavior of nanoparticulate films, even at doped conditions comparable to monocrystalline materials. The present work encompasses the conformation of classical photocatalytic models to the nanoscale size, critically reviewing their features and role for modern electrochemical applications.Keywords: photoelectrocatalysis; monocrystalline semiconductors; nanoparticulate semiconductors; space-charge layer; band bending.
INTRODUÇÃOO tema fotocatálise já foi alvo de diversas revisões na literatura, inclusive em alguns manuscritos de cunho exaustivo com centenas de referências. Nesse sentido, destacam-se entre os trabalhos clássicos o do professor Michael R. Hoffmann e col.1 que acumula mais de 17 mil citações desde 1995 e os do professor Akira Fujishima e col. 4,5 visando a discussão da aplicação do TiO 2 para remediação ambiental e a discussão de mecanismos de fotodegradação de compostos orgânicos catalisados por ele. A fotoeletrocatálise, entretanto, nunca foi focalizada em trabalhos de revisão em vernáculo. Por algumas vezes, ela foi abordada em trabalhos de inovação técnica contemplando novas aplicações, 6-9 mas não uma visão fundamentada e sistematizada do tema balizada em literatura selecionada e acompanhada de discussão crítica do estado da arte e possíveis tendências. A fundamentação teórica da fotoeletrocatálise remonta ao final da Segunda Guerra Mundial, com os estudos da semicondução no silício e germânio orientados por Lark-Horovitz 10 e que desencadearam o enorme avanço tecnológico representado por componentes eletrônicos como diodos e transistores, formados por junções entre semicondutores com dopagem diferente, presentes hoje em praticamente todos os dispositivos eletrônicos. Os componentes semicondutores também se impuseram na detecção e emissão de radiação eletromagnética, servindo de exemplos os fotodiodos e os diodos emissores de luz (LEDs). Assim, segue a fundamentação teórica da matéria.
A TEORIA DE BANDAPor definição simples, um semicondutor é um material com condutividade elétrica ...