Oxygen and hydrogen peroxide activation on transition metal oxides

Heterogeneous photocatalysis is one of advanced oxidation process, recently investigated in terms of organic water and air pollutants decomposition. Semiconducting oxides and their modifications are the most commonly investigated photocatalysts. Photoinduced holes are able to oxidize hydroxides (or water) adsorbed on the surface and produce OH•. Due to a high redox potential of hydroxide radicals (+2.8 V) they contribute in degradation of unwanted substances. They are responsible for fast and non-selective degradation of organic pollutants to water and carbon dioxide as end-products. The main goal of this work was to assess photocatalytic activity of selected materials, like ZnO, WO3, V2O5, NiO, Bi2O3, Cr2O3, MoO3 and MnO2, in terms of hydroxyl radical generation. In order to carry out qualitative and quantitative analysis of hydroxyl radicals production it was necessary to apply an appropriate method. A well-known and widespread method of terephthalic acid oxidation to 2-hydroxyterephthalic acid was selected. A major problem considered in this study was to determine the efficiency of hydroxyl radicals generation in the presence of hydrogen peroxide.The study shows that metal oxides, such as MnO2, NiO, MoO3, Cr2O3 and V2O5, upon UV-Vis light irradiation do not generate hydroxyl radicals. Bi2O3, ZnO and WO3 appeared the most active materials out of the tested group.

Fotokataliza heterogeniczna jest zaliczana do grupy zaawansowanych procesów utleniania, badanych pod kątem zastosowania do rozkładu zanieczyszczeń organicznych wody i powietrza. Półprzewodnikowe tlenki oraz ich modyfikacje są najczęściej badanymi fotokatalizatorami. Fotoindukowane dziury utleniają jony hydroksylowe (lub cząsteczki wody), zaadsorbowane na powierzchni cząsteczek, produkując silny utleniacz, jakim jest OH•. Ze względu na wysoki potencjał redoks (2,8V) rodniki hydroksylowe przyczyniają się do utleniania niepożądanych substancji. Rodniki te biorą udział w nieselektywnym utlenianiu związków organicznych do wody oraz CO2. Celem pracy była ocena aktywności fotokatalitycznej wybranych materiałów półprzewodnikowych (Zn0, WO3, V2O5, NiO, Bi2O3, Cr2O3, MoO3 oraz MnO2) pod kątem generowania rodników hydroksylowych. W celu przeprowadzenia analizy jakościowej i ilościowej powstających rodników OH• konieczne było zastosowanie odpowiedniej metody ich oznaczania. Wybrano proces utleniania kwasu tereftalowego do kwasu 2-hydroksytereftalowego. Badana była wydajność generowania rodników hydroksylowych w obecności nadtlenku wodoru. Badania wykazały, że tlenki V2O5, NiO, Cr2O3, MoO3 oraz MnO2 pod wpływem naświetlania promieniowaniem UV-Vis nie generują rodników hydroksylowych. Najlepsze wyniki aktywności spośród badanych materiałów odnotowano dla Bi2O3, ZnO i WO3.