Mitigazione dell'accumulo di polvere ed inquinanti su pannelli solari e superfici architettoniche, con l'uso di superfici funzionali nanostrutturate

L’efficacia dell’attività fotocatalitica del TiO2 dipende da molteplici e differenti fattori, quali la tipologia e la quantità relativa di fase cristallina presente, la dimensione delle particelle e quindi la loro superficie specifica, la tipologia dei materiali da degradare, il grado di cristallinità, le impurezze, la densità dei gruppi ossidrile di superficie ed il metodo di preparazione. In ogni caso, è preferibile disporre di fotocatalizzatori di dimensione nanometrica perché solo nel campo dimensionale <10 nm entra in gioco la variabile dimensione nelle proprietà dei solidi cristallini. In particolare, per ciò che concerne i semiconduttori, il controllo dimensionale permette variazioni programmate delle caratteristiche del materiale senza alterarne la composizione chimica. Variando, infatti, la dimensione dei cristalli, è possibile variare il potenziale redox della coppia fotogenerata (e–-h+). A riguardo, nei nanocristalli, causa l’allargamento dell’intervallo di energia proibita, i potenziali redox aumentano, anche se la presenza di difetti nel reticolo cristallino può dare origine a fenomeni di ricombinazione di carica che limitano l’attività fotocatalitica.

Dal momento che l’attività fotocatalitica si esplica sulla superficie del fotocatalizzatore, l’elevato rapporto superficie-volume che caratterizza un nanomateriale, aumentando la disponibilità di siti superficiali, contribuisce ad incrementare la velocità delle reazioni di fotodecomposizione.

Altro fattore che può modificare l’attività del fotocatalizzatore è la superficie specifica, a sua volta funzione della morfologia delle particelle: ad una maggiore superficie specifica corrisponde, infatti, una più efficace attività fotocatalitica. A riguardo, la superficie specifica aumenta sia al diminuire delle dimensioni delle particelle, sia sviluppando particelle di idonee geometrie, quali nanotubi, nano-rods o morfologie più esotiche quali nano-flowers.

La tendenza è, quindi, quella di preparare fotocatalizzatori nanocristallini con geometrie particolari ad elevato sviluppo superficiale, quali nano-rod o nano-sheet.