มุมมอง: 0 ผู้แต่ง: ไซต์บรรณาธิการเผยแพร่เวลา: 2025-01-30 ต้นกำเนิด: เว็บไซต์
ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TIO₂) ได้กลายเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มสูงในด้านการถ่ายภาพด้วยแสงเนื่องจากคุณสมบัติที่น่าทึ่งเช่นความเสถียรทางเคมีความเป็นพิษและค่าใช้จ่ายค่อนข้างต่ำ Photocatalysis กระบวนการที่ใช้พลังงานแสงในการขับเคลื่อนปฏิกิริยาทางเคมีด้วยความช่วยเหลือของโฟโตคะตาไลต์เช่นTio₂มีการใช้งานมากมายรวมถึงการทำให้บริสุทธิ์น้ำการทำให้บริสุทธิ์อากาศและพื้นผิวทำความสะอาดตัวเอง อย่างไรก็ตามกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกดั้งเดิมของ TIO มักจะต้องได้รับการปรับปรุงเพื่อตอบสนองความต้องการของการใช้งานที่หลากหลาย ในการศึกษาที่ครอบคลุมนี้เราจะเจาะลึกลงไปในกลยุทธ์และกลไกต่าง ๆ ที่สามารถใช้เพื่อเพิ่มกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกของTio₂
ก่อนที่จะสำรวจวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพมันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องมีความเข้าใจที่ดีเกี่ยวกับหลักการพื้นฐานของการถ่ายโฟโตคาตาไลซิส Tio₂เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มี bandgap ลักษณะ เมื่อโฟตอนที่มีพลังงานเท่ากับหรือมากกว่าพลังงาน bandgap ของtio₂ (สำหรับ anatase tio₂ bandgap ประมาณ 3.2 eV) ตีพื้นผิวของวัสดุอิเล็กตรอนในแถบวาเลนซ์รู้สึกตื่นเต้นกับแถบการนำ คู่อิเล็กตรอนรูเหล่านี้เป็นผู้เล่นหลักในกระบวนการโฟโตคะตาไลติก
อิเล็กตรอนที่ตื่นเต้นในแถบการนำสามารถทำปฏิกิริยากับตัวรับอิเล็กตรอนเช่นโมเลกุลออกซิเจนที่ดูดซับบนพื้นผิวTio₂ลดพวกเขาเป็นอนุมูลอิสระ superoxide (O₂⁻•) ในขณะเดียวกันหลุมในแถบวาเลนซ์สามารถออกซิไดซ์ผู้บริจาคอิเล็กตรอนเช่นน้ำหรือมลพิษอินทรีย์ที่มีอยู่บนพื้นผิวทำให้เกิดอนุมูลไฮดรอกซิล (OH •) อนุมูลอิสระที่มีปฏิกิริยาสูงเหล่านี้สามารถทำลายสารปนเปื้อนอินทรีย์ออกเป็นโมเลกุลที่มีขนาดเล็กกว่าและเป็นอันตรายน้อยกว่าผ่านชุดของปฏิกิริยาออกซิเดชันและการลดลง ตัวอย่างเช่นในกรณีของการทำให้บริสุทธิ์ของน้ำมลพิษอินทรีย์เช่นสีย้อมหรือยาฆ่าแมลงสามารถลดลงได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการกระทำของอนุมูลเหล่านี้
อย่างไรก็ตามมีหลายปัจจัยที่สามารถ จำกัด ประสิทธิภาพของกระบวนการโฟโตคะตาไลติกธรรมชาตินี้ ข้อ จำกัด ที่สำคัญอย่างหนึ่งคือการรวมตัวกันอย่างรวดเร็วของคู่อิเล็กตรอนหลุมก่อนที่พวกเขาจะสามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ต้องการ นอกจากนี้ความสามารถในการดูดซับของTIO₂สำหรับมลพิษและประสิทธิภาพการใช้พลังงานของพลังงานแสงยังมีบทบาทสำคัญในการกำหนดกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกโดยรวม การทำความเข้าใจข้อ จำกัด เหล่านี้เป็นรากฐานสำหรับการสำรวจกลยุทธ์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของโฟโตคะตาไลติกของTio₂
ยาสลบเป็นวิธีการศึกษาอย่างกว้างขวางในการปรับปรุงกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกของTio₂ มันเกี่ยวข้องกับการแนะนำของอะตอมต่างประเทศในโครงสร้างตาข่ายtio₂ อะตอมเจือปนเหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของTio₂ซึ่งมีผลต่อพฤติกรรมโฟโตคะตาไลติก
มีสองประเภทหลักของการเติม: การเติมประจุบวกและการเติมประจุลบ การเติมประจุบวกมักจะเกี่ยวข้องกับการทดแทนของอะตอมไทเทเนียม (TI) ในตาข่ายtio₂ที่มีไอออนบวกโลหะเช่นโลหะทรานซิชัน (เช่น Fe, Cu, MN) ตัวอย่างเช่นเมื่อFe³⁺ ions ถูกเติมลงในtio₂พวกเขาสามารถแนะนำระดับพลังงานเพิ่มเติมภายใน bandgap ของtio₂ ซึ่งอาจส่งผลให้การลด bandgap ที่มีประสิทธิภาพช่วยให้Tio₂สามารถดูดซับแสงด้วยพลังงานที่ต่ำกว่า bandgap พื้นเมือง เป็นผลให้ช่วงที่กว้างขึ้นของสเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์สามารถใช้สำหรับโฟโตแคตไลซิส ในการศึกษาโดย [ชื่อนักวิจัย] พบว่า Fe-doped Tio₂แสดงการย่อยสลายโฟโตคะตาไลติกที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของสีย้อมสีน้ำเงินเมทิลีนภายใต้การฉายรังสีแสงที่มองเห็นได้เมื่อเทียบกับ TIO บริสุทธิ์ อัตราการย่อยสลายเพิ่มขึ้นประมาณ 40% ภายใต้เงื่อนไขการทดลองเดียวกัน
ในทางกลับกันการเติมประจุลบมักเกี่ยวข้องกับการทดแทนออกซิเจน (O) อะตอมในตาข่ายtio₂ ตัวอย่างเช่นการเติมไนโตรเจน (N) ได้รับการตรวจสอบอย่างกว้างขวาง การเติมไนโตรเจนสามารถสร้างสถานะกลางช่องว่างภายใน bandgap ของTio₂ซึ่งสามารถนำไปสู่การลดลงของ bandgap ที่มีประสิทธิภาพและการดูดซับแสงที่มองเห็นได้ กลุ่มวิจัยรายงานว่า N-doped Tio₂สามารถลดมลพิษสารอินทรีย์ในน้ำเสียได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าTio₂ที่ไม่ได้ใช้งานภายใต้แสงที่มองเห็นได้ การย่อยสลายที่เพิ่มขึ้นนั้นเกิดจากการดูดซับแสงที่ดีขึ้นและการแยกคู่อิเล็กตรอนที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการปรากฏตัวของสถานะกลางช่องว่าง
อย่างไรก็ตามยาสลบก็มีความท้าทายเช่นกัน ความเข้มข้นของยาสลบที่ดีที่สุดจะต้องได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบเนื่องจากการเติมที่มากเกินไปอาจนำไปสู่การก่อตัวของกลุ่มข้อบกพร่องหรือการแนะนำสถานะอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่พึงประสงค์ซึ่งอาจลดกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกได้จริง ตัวอย่างเช่นหากความเข้มข้นของยาสลบของไอออนบวกบางอย่างสูงเกินไปอาจทำให้การรวมตัวกันของคู่อิเล็กตรอนรูเพื่อเพิ่มขึ้นแทนที่จะลดลงดังนั้นจึงต่อต้านผลการปรับปรุงที่ตั้งใจไว้
อีกกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกของTio₂คือการจับคู่กับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ เมื่อมีการรวมเซมิคอนดักเตอร์สองตัวที่มีพลังงาน bandgap ที่แตกต่างกันจะมีการสร้าง heterojunction ที่ส่วนต่อประสาน heterojunction นี้สามารถมีบทบาทสำคัญในการอำนวยความสะดวกในการแยกคู่อิเล็กตรอนรูและปรับปรุงประสิทธิภาพโฟโตคะตาไลติกโดยรวม
การรวมกันที่พบกันทั่วไปหนึ่งชุดคือtio₂กับ ZnO ZnO เป็นเซมิคอนดักเตอร์อีกตัวที่มี bandgap ที่ค่อนข้างแคบ (ประมาณ 3.37 eV สำหรับ Wurtzite ZnO) เมื่อTio₂และ ZnO เป็นคู่ความแตกต่างในพลังงาน bandgap ของพวกเขานำไปสู่การก่อตัวของ heterojunction type-II ใน heterojunction นี้แถบการนำของ ZnO อยู่ในระดับพลังงานสูงกว่าของTio₂ในขณะที่แถบวาเลนซ์ของ ZnO อยู่ในระดับพลังงานที่ต่ำกว่าTio₂ เป็นผลให้เมื่อแสงถูกดูดซับโดยเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กตรอนที่ตื่นเต้นในแถบการนำของ ZnO มีแนวโน้มที่จะย้ายไปยังแถบการนำของTio₂และหลุมในแถบวาเลนซ์ของTio₂มีแนวโน้มที่จะย้ายไปยังกลุ่ม Valence ของ ZnO การโยกย้ายทิศทางของคู่อิเล็กตรอนหลุมนี้แยกออกได้อย่างมีประสิทธิภาพลดอัตราการรวมตัวกันใหม่และเพิ่มกิจกรรมโฟโตคะตาไลติก
การศึกษาเชิงทดลองแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของวิธีการมีเพศสัมพันธ์นี้ ตัวอย่างเช่นในการศึกษาเกี่ยวกับการย่อยสลายของ Rhodamine B Dye, คอมโพสิตTio₂-Zno แสดงให้เห็นว่าอัตราการย่อยสลายที่สูงกว่าTio₂หรือ ZnO บริสุทธิ์เพียงอย่างเดียว อัตราการย่อยสลายของคอมโพสิตนั้นสูงกว่าTio₂บริสุทธิ์ประมาณ 60% ภายใต้เงื่อนไขการทดลองเดียวกัน การปรับปรุงที่สำคัญนี้เกิดจากการแยกคู่อิเล็กตรอนที่มีประสิทธิภาพที่อินเตอร์เฟส heterojunction
การรวมกันที่ได้รับความนิยมอีกอย่างหนึ่งคือtio₂กับซีดี ซีดีมี bandgap ค่อนข้างเล็ก (ประมาณ 2.4 eV) ซึ่งหมายความว่ามันสามารถดูดซับช่วงที่กว้างขึ้นของสเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์รวมถึงแสงที่มองเห็นได้ เมื่อTio₂และ Cds ถูกรวมเข้าด้วยกันจะมีการเกิด heterojunction type-II อิเล็กตรอนที่ตื่นเต้นในแถบการนำของซีดีสามารถถ่ายโอนไปยังแถบการนำของTio₂และหลุมในแถบวาเลนซ์ของTio₂สามารถถ่ายโอนไปยัง Valence Band ของซีดี อย่างไรก็ตามควรสังเกตว่าซีดีเป็นวัสดุที่เป็นพิษดังนั้นต้องใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษเมื่อใช้คอมโพสิต CDS-TIO ในการใช้งานที่ความเป็นพิษเป็นสิ่งที่น่ากังวลเช่นในการทำให้บริสุทธิ์ในน้ำสำหรับน้ำดื่ม
การปรับเปลี่ยนพื้นผิวเป็นวิธีที่สำคัญในการเพิ่มกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกของTio₂ โดยการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของ TIO เราสามารถปรับปรุงความสามารถในการดูดซับสำหรับมลพิษส่งเสริมการแยกคู่อิเล็กตรอนรูและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของพลังงานแสง
วิธีการดัดแปลงพื้นผิวที่พบบ่อยอย่างหนึ่งคือการสะสมของโลหะมีขุนนางบนพื้นผิวTio₂ โลหะมีขุนนางเช่นแพลตตินัม (PT), ทองคำ (AU) และเงิน (AG) มีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่ซ้ำกันซึ่งสามารถโต้ตอบกับTIO₂ เมื่ออนุภาคนาโนโลหะขุนนางจำนวนเล็กน้อยวางอยู่บนพื้นผิวTio₂พวกเขาสามารถทำหน้าที่เป็นกับดักอิเล็กตรอน ตัวอย่างเช่นเมื่ออนุภาคนาโน PT ถูกฝากไว้ใน TIO อิเล็กตรอนที่ตื่นเต้นในแถบการนำไฟฟ้าของ TIO จะถูกดึงดูดไปยังอนุภาคนาโน PT ซึ่งแยกคู่อิเล็กตรอนรูได้อย่างมีประสิทธิภาพ การแยกนี้ช่วยลดอัตราการรวมตัวกันใหม่และเพิ่มกิจกรรมโฟโตคะตาไลติก ในการศึกษาเกี่ยวกับการย่อยสลายของฟีนอล TIO pt-deposited แสดงให้เห็นว่าอัตราการย่อยสลายที่สูงกว่า TIO บริสุทธิ์อย่างมีนัยสำคัญ อัตราการย่อยสลายเพิ่มขึ้นประมาณ 50% ภายใต้เงื่อนไขการทดลองเดียวกัน
เทคนิคการปรับเปลี่ยนพื้นผิวอีกประการหนึ่งคือการทำงานของพื้นผิวTio₂ด้วยโมเลกุลอินทรีย์ กลุ่มฟังก์ชันอินทรีย์สามารถติดอยู่กับพื้นผิวTio₂ผ่านปฏิกิริยาทางเคมีต่างๆ กลุ่มที่ใช้งานได้เหล่านี้สามารถเปลี่ยนคุณสมบัติพื้นผิวของTIO₂เช่นความไม่ชอบน้ำหรือความไม่ชอบน้ำ ตัวอย่างเช่นหากกลุ่มฟังก์ชั่นที่ชอบน้ำติดอยู่กับพื้นผิวTio₂มันสามารถปรับปรุงการดูดซับของมลพิษที่ละลายน้ำได้ นอกจากนี้กลุ่มการทำงานอินทรีย์บางกลุ่มยังสามารถทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคอิเล็กตรอนหรือผู้รับได้ ทีมวิจัยรายงานว่าการทำงานของพื้นผิวTio₂ด้วยโมเลกุลอินทรีย์ที่เฉพาะเจาะจงการย่อยสลายโฟโตคะตาไลติกของสารมลพิษอินทรีย์ในน้ำเสียได้รับการปรับปรุงประมาณ 30% เมื่อเทียบกับ TIO ที่ไม่มีการแก้ไข
พื้นผิวพื้นผิวยังเป็นวิธีการปรับเปลี่ยนพื้นผิวที่ทำงานได้ ด้วยการสร้างพื้นผิวขนาดเล็กหรือระดับนาโนบนพื้นผิวTio₂เราสามารถเพิ่มพื้นที่ผิวที่มีสำหรับการดูดซับแสงและการดูดซับมลพิษ ตัวอย่างเช่นโดยการผลิตพื้นผิวtio₂นาโน porous พื้นที่ผิวสามารถเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ พื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นนี้ช่วยให้การดูดซับแสงที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและการดูดซับมลพิษซึ่งจะช่วยเพิ่มกิจกรรมโฟโตคะตาไลติก ในการศึกษาเกี่ยวกับการฟอกอากาศTio₂นาโนมีประสิทธิภาพสูงกว่าในการกำจัดสารประกอบอินทรีย์ระเหย (VOCs) มากกว่าพื้นผิวที่เรียบเนียนเนื่องจากพื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นและการดูดซับแสงที่ดีขึ้น
โครงสร้างนาโนtio₂เป็นสัณฐานวิทยาต่าง ๆ เช่นอนุภาคนาโนนาโนและนาโนแสดงให้เห็นว่ามีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อกิจกรรมโฟโตคะตาไลติก โครงสร้างนาโนเสนอข้อได้เปรียบหลายประการเหนือคู่หูจำนวนมาก
ประการแรกโดยทั่วไปแล้วโครงสร้างนาโนมักจะมีพื้นที่ผิวที่ใหญ่กว่าต่ออัตราส่วนปริมาตร ตัวอย่างเช่นอนุภาคนาโนTio₂ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 นาโนเมตรสามารถมีพื้นที่ผิวต่ออัตราส่วนปริมาตรที่มีขนาดใหญ่กว่าขนาดใหญ่กว่าจำนวนTio₂ พื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นนี้ให้พื้นที่มากขึ้นสำหรับการดูดซับแสงการดูดซับมลพิษและการสร้างคู่อิเล็กตรอนรู ในการศึกษาเกี่ยวกับการเสื่อมสภาพของสีย้อมอินทรีย์tio₂อนุภาคนาโนแสดงให้เห็นว่าอัตราการย่อยสลายที่เร็วกว่าจำนวนมาก อัตราการย่อยสลายของอนุภาคนาโนสูงกว่าวัสดุจำนวนมากประมาณ 80% ภายใต้เงื่อนไขการทดลองเดียวกัน
ประการที่สองโครงสร้างนาโนสามารถมีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์ ตัวอย่างเช่น Nanotubes Tio₂สามารถแสดงการแยกประจุที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากโครงสร้างมิติเดียว รูปร่างท่อช่วยให้การขนส่งอิเล็กตรอนอย่างมีประสิทธิภาพตามแกนท่อลดอัตราการรวมตัวกันของคู่อิเล็กตรอนรู ในการศึกษาเกี่ยวกับการทำให้บริสุทธิ์ของน้ำนาโนทิวบ์Tio₂แสดงให้เห็นว่ามีประสิทธิภาพสูงกว่าในการลดลงของมลพิษอินทรีย์มากกว่าอนุภาคนาโนTio₂ทรงกลม ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นนั้นเกิดจากการแยกประจุและการขนส่งที่ดีขึ้นภายในท่อนาโน
ในที่สุดโครงสร้างนาโนสามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์และระบบต่างๆได้อย่างง่ายดาย ตัวอย่างเช่นtio₂ nanowires สามารถใช้ในการประดิษฐ์อุปกรณ์โฟโตคะตาไลติกที่ยืดหยุ่น อุปกรณ์ที่ยืดหยุ่นเหล่านี้สามารถนำไปใช้ในพื้นที่เช่นเทคโนโลยีที่สวมใส่ได้สำหรับการทำให้บริสุทธิ์ทางอากาศและน้ำ ในการพัฒนาต้นแบบอุปกรณ์ photocatalytic ที่ใช้ nanowire ที่มีความยืดหยุ่นนั้นสามารถลดมลพิษอินทรีย์ในสภาพแวดล้อมที่สวมใส่ได้อย่างมีประสิทธิภาพแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของโครงสร้างนาโนสำหรับการใช้งานจริง
นอกเหนือจากการปรับเปลี่ยนวัสดุTio₂แล้วการเพิ่มประสิทธิภาพของเงื่อนไขการเกิดปฏิกิริยายังสามารถมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มกิจกรรมโฟโตคะตาไลติก
สิ่งสำคัญอย่างหนึ่งคือการควบคุมความเข้มของแสงและความยาวคลื่น แอปพลิเคชันที่แตกต่างกันอาจต้องใช้ความเข้มแสงและความยาวคลื่นที่แตกต่างกันเพื่อประสิทธิภาพโฟโตคะตาไลติกที่ดีที่สุด ตัวอย่างเช่นในแอปพลิเคชันการทำให้บริสุทธิ์ของน้ำอาจต้องใช้แสงอัลตราไวโอเลตที่มีความเข้มบางอย่างเพื่อลดมลพิษอินทรีย์อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตามหากความเข้มของแสงสูงเกินไปอาจทำให้เกิดความร้อนมากเกินไปของวัสดุTio₂ซึ่งอาจนำไปสู่การลดลงของกิจกรรมโฟโตคะตาไลติก ในทางกลับกันหากความเข้มของแสงต่ำเกินไปอัตราการสร้างคู่อิเล็กตรอนรูอาจไม่เพียงพอ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องปรับความเข้มแสงอย่างรอบคอบตามข้อกำหนดของแอปพลิเคชันเฉพาะ
ทางเลือกของตัวทำละลายหรือสื่อยังส่งผลต่อกิจกรรมโฟโตคะตาไลติก ในบางกรณีการใช้ตัวทำละลายขั้วโลกเช่นน้ำสามารถเพิ่มการดูดซับของมลพิษขั้วโลกบนพื้นผิวTio₂และอำนวยความสะดวกในกระบวนการโฟโตคะตาไลติก อย่างไรก็ตามสำหรับมลพิษที่ไม่ใช่ขั้วตัวทำละลายที่ไม่ใช่ขั้วอาจเหมาะสมกว่า ตัวอย่างเช่นในการย่อยสลายของสารประกอบอินทรีย์ที่ไม่ใช่ขั้วในลำธารของเสียมันโดยใช้ตัวทำละลายที่ไม่ใช่ขั้วเช่นเฮกเซนสามารถปรับปรุงการทำงานร่วมกันระหว่างมลพิษและพื้นผิวTio₂ซึ่งนำไปสู่กระบวนการย่อยสลายที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
อุณหภูมิเป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ต้องพิจารณา โดยทั่วไปการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิสามารถเร่งอัตราปฏิกิริยาทางเคมี ในบริบทของtio₂ photocatalysis การเพิ่มขึ้นในระดับปานกลางของอุณหภูมิสามารถเพิ่มความคล่องตัวของอิเล็กตรอนและหลุมลดอัตราการรวมตัวกันใหม่และเพิ่มกิจกรรมโฟโตคะตาไลติก อย่างไรก็ตามหากอุณหภูมิสูงเกินไปอาจทำให้เกิดการดูดซับมลพิษที่ถูกดูดซับจากพื้นผิวTio₂หรือแม้แต่สร้างความเสียหายให้กับวัสดุTio₂เอง ดังนั้นการค้นหาช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะจึงเป็นสิ่งจำเป็น
แทนที่จะพึ่งพาวิธีเดียวเพื่อเพิ่มกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกของTio₂วิธีการ combinatorial ที่รวมกลยุทธ์หลายอย่างมักจะได้รับผลเสริมการเสริมฤทธิ์กัน
ตัวอย่างเช่นการรวมกันของยาสลบและการปรับเปลี่ยนพื้นผิวสามารถมีประสิทธิภาพสูง โดยการเติมtio₂ด้วยไอออนบวกโลหะที่เหมาะสมเช่นFe³⁺จากนั้นวางอนุภาคนาโนโลหะขุนนางเช่น PT บนพื้นผิวTio₂เจือทั้งคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของTio₂สามารถเปลี่ยนแปลงได้เพื่อปรับปรุงการดูดซึมแสงและการแยกคู่อิเล็กตรอนรู ในการศึกษาเกี่ยวกับการเสื่อมสภาพของมลพิษอินทรีย์ที่ซับซ้อนวิธีการ combinatorial นี้ส่งผลให้อัตราการย่อยสลายซึ่งมากกว่าสองเท่าของTio₂บริสุทธิ์ภายใต้เงื่อนไขการทดลองเดียวกัน
อีกตัวอย่างหนึ่งคือการรวมกันของโครงสร้างนาโนและการมีเพศสัมพันธ์กับเซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ หาก nanotubes tio₂เป็นครั้งแรกและจากนั้นควบคู่ไปกับ ZnO เพื่อสร้าง heterojunction คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์ของท่อนาโนสามารถรวมกับผลประโยชน์ของ heterojunction ท่อนาโนให้พื้นที่ผิวขนาดใหญ่และการแยกประจุที่มีประสิทธิภาพในขณะที่ heterojunction จะแยกคู่อิเล็กตรอนรูและปรับปรุงประสิทธิภาพโฟโตคะตาไลติกโดยรวม ในการศึกษาเกี่ยวกับการฟอกอากาศวิธีการรวมนี้แสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงที่สำคัญในการกำจัด VOCs เมื่อเทียบกับการใช้ nanotubes หรือ znO-tio₂ heterojunction เพียงอย่างเดียว
วิธีการ Combinatorial ยังนำเสนอข้อได้เปรียบของความสามารถในการจัดการกับข้อ จำกัด หลายประการของtio₂ photocatalysis พร้อมกัน ตัวอย่างเช่นการเติมสารสามารถแก้ไขปัญหาการดูดซับแสงที่ จำกัด การปรับเปลี่ยนพื้นผิวสามารถปรับปรุงการดูดซับของมลพิษและการมีเพศสัมพันธ์กับเซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ สามารถเพิ่มการแยกคู่อิเล็กตรอนรู ด้วยการรวมกลยุทธ์เหล่านี้การปรับปรุงกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกที่ครอบคลุมและมีประสิทธิภาพมากขึ้นสามารถทำได้
ในขณะที่ความคืบหน้าอย่างมีนัยสำคัญเกิดขึ้นในการเพิ่มกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกของTio₂ แต่ก็ยังมีความท้าทายหลายประการที่ต้องได้รับการแก้ไข
หนึ่งในความท้าทายที่สำคัญคือความเสถียรของระบบโฟโตคะตาไลติกที่เพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่นในกรณีของTio₂เจือเมื่อเวลาผ่านไปอะตอมเจือปนอาจกระจายออกจากโครงสร้างตาข่ายซึ่งนำไปสู่การลดลงของกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกที่เพิ่มขึ้น ในทำนองเดียวกันในคอมโพสิตที่เกิดขึ้นจากการมีเพศสัมพันธ์กับเซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ อินเตอร์เฟสระหว่างเซมิคอนดักเตอร์ทั้งสองอาจลดลงเมื่อเวลาผ่านไปส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของ heterojunction การรักษาเสถียรภาพระยะยาวของระบบที่ได้รับการปรับปรุงเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานที่ใช้งานได้จริง
ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือการขยายขนาดของกระบวนการโฟโตคะตาไลติกที่ปรับปรุงแล้ว การศึกษาส่วนใหญ่รายงานจนถึงขณะนี้ได้ดำเนินการในระดับห้องปฏิบัติการ เมื่อพูดถึงแอพพลิเคชั่นอุตสาหกรรมปัญหาเช่นยาสลบแบบสม่ำเสมอการผลิตโครงสร้างนาโนขนาดใหญ่และการปรับเปลี่ยนพื้นผิวที่มีประสิทธิภาพในขนาดใหญ่จำเป็นต้องได้รับการแก้ไข ตัวอย่างเช่นในการผลิตอนุภาคนาโนtio₂สำหรับการทำให้บริสุทธิ์น้ำในระดับอุตสาหกรรมทำให้มั่นใจได้ว่าขนาดอนุภาคสม่ำเสมอและโฟโตคะตาไลติกที่สอดคล้องกัน
