{"id":78,"date":"2025-03-24T10:20:10","date_gmt":"2025-03-24T16:20:10","guid":{"rendered":"https:\/\/revistaece.dataware.cloud\/?p=78"},"modified":"2025-08-20T10:27:56","modified_gmt":"2025-08-20T16:27:56","slug":"fotocatalisis-la-nueva-quimica-verde","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistaece.dataware.cloud\/?p=78","title":{"rendered":"Fotocat\u00e1lisis, la \u00bfnueva? qu\u00edmica verde"},"content":{"rendered":"\n
\n
DOI: https:\/\/doi.org\/10.64121\/rece.2025v2.svc013<\/div><\/a><\/div><\/div>\n\n\n\n
PDF<\/div><\/a><\/div><\/div>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n

Juana Su\u00e1rez Garc\u00eda<\/strong>1<\/a><\/sup>, Mario Valle S\u00e1nchez<\/strong>2<\/a><\/sup>, Erick Cuevas Y\u00e1\u00f1ez<\/strong>3<\/a><\/sup><\/p>\n\n\n\n

Los seres vivos que habitamos el planeta hemos convivido desde siempre con la luz del sol, del cual no s\u00f3lo tenemos iluminaci\u00f3n y calor, sino que nuestra vida misma depende de esta fuente de energ\u00eda que, si bien no es inagotable, a\u00fan podemos disfrutar de ella unos cuantos millones de a\u00f1os m\u00e1s. Hablando en estos t\u00e9rminos podemos comenzar a preguntarnos: \u00bfCu\u00e1nta energ\u00eda tiene la luz?<\/p>\n\n\n\n

\u00bfC\u00f3mo puede usarse esa energ\u00eda? \u00bfHemos hecho algo para aprovecharla?<\/p>\n\n\n\n

Qu\u00edmicamente hablando, el inter\u00e9s despierta con las observaciones de Giacomo Ciamician y Henri Becquerel,(Nebbia & Kauffman, 2007; Yang & Wang, 2018) cuando de manera separada, observaron que hab\u00eda ciertas sustancias que ten\u00edan transformaciones al exponerse a los rayos del sol, desafortunadamente para ellos, hace m\u00e1s de cien a\u00f1os no exist\u00edan las herramientas anal\u00edticas y tecnol\u00f3gicas que les permitieran confirmar sus hallazgos. Actualmente se sabe que la energ\u00eda solar puede convertirse en energ\u00eda qu\u00edmica, como resultado de procesos antena como lo es la fotos\u00edntesis, adem\u00e1s, el uso de la luz permite llevar a cabo procesos que se emplean en diversas \u00e1reas, resaltando el tratamiento de aguas residuales, ya que las especies activas que se producen (radicales libres) por medio de la fotolisis (rompimiento activado de mol\u00e9culas activado por la luz) tiene un efecto bactericida que nos permite potabilizar el agua despu\u00e9s de otros tratamientos.(Vargas et al., 2019)<\/p>\n\n\n\n

Aprendiendo del maestro: LA NATURALEZA<\/strong><\/p>\n\n\n\n

La luz solar es un protagonista importante en el proceso vital llamado fotos\u00edntesis; mecanismo que conlleva una serie de reacciones qu\u00edmicas que ocurren diariamente, tanto en plantas (en las estructuras vegetales llamadas hojas) como en algunas bacterias. Unos peque\u00f1os complejos llamados cloroplastos almacenan el pigmento verde llamado clorofila, que tiene una capacidad \u00fanica para atrapar la energ\u00eda de la luz y utilizarla en la fot\u00f3lisis de las mol\u00e9culas de agua, entonces se genera una nueva especia de energ\u00eda llamada electroqu\u00edmica que promueve la generaci\u00f3n ATP y NADPH (las monedas energ\u00e9ticas de las c\u00e9lulas), culminando con el proceso al generar carbohidratos y ox\u00edgeno, que son indispensables para la vida en el planeta.(Beall, 1996; Heldt & Heldt, 2005; Rodr\u00edguez et al., 2005)<\/p>\n\n\n\n

Aunque pareciera que la luz funciona como el combustible que hace funcionar la maquinaria qu\u00edmica de los seres vivos, lo cierto es que va m\u00e1s all\u00e1 siendo este proceso la evidencia de que la luz facilita las reacciones qu\u00edmicas, contexto que m\u00e1s tarde se integra a la definici\u00f3n de fotocat\u00e1lisis \u201creacci\u00f3n fotoqu\u00edmica que convierte la energ\u00eda solar en energ\u00eda qu\u00edmica en la superficie de un catalizador o sustrato, que acelera la velocidad de reacci\u00f3n\u201d.(Heldt & Heldt, 2005)<\/p>\n\n\n\n

\u00bfC\u00f3mo promueve la luz una reacci\u00f3n qu\u00edmica?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

La luz es concebida como fotones, que contienen la energ\u00eda necesaria para catalizar una reacci\u00f3n qu\u00edmica, pero \u00bfComo es que contienen esa energ\u00eda, como la adquieren? la respuesta est\u00e1 en el movimiento que presenta el electr\u00f3n entre orbitas electr\u00f3nicas. Si un electr\u00f3n recibe un cuanto (energ\u00eda), es promovido a orbitales superiores (estado excitado), cuando este electr\u00f3n es regresado a su estado fundamental u original el paquete de energ\u00eda adquirido es regresado en forma de radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica y la longitud de onda de esta radiaci\u00f3n depende de la cantidad de energ\u00eda desprendida, que si cae en el rango de luz visible se percibe como luz (color, fluorescencia, fosforescencia, vibraciones).(Beall, 1996)<\/p>\n\n\n\n

En las reacciones de fotocat\u00e1lisis que es considerada la fotos\u00edntesis artificial, podemos apreciar como la luz es captada y esta activa a un catalizador que por lo general es un metal, el cual absorbe la luz, generando electrones (especies reactivas) y huecos, ya que el electr\u00f3n promovido deja un espacio en la banda de valencia, ambos pueden reaccionar.(Hassaan et al., 2023)<\/p>\n\n\n\n

En la fotocat\u00e1lisis gran parte de los fotocatalizadores tiene la caracter\u00edstica de ser semiconductores, que generan part\u00edculas cargadas el\u00e9ctricamente al ser estimulados con la energ\u00eda indispensable.<\/p>\n\n\n\n

El material semiconductor presenta estados de energ\u00eda:<\/p>\n\n\n\n

    \n
  1. Estados de energ\u00eda llenos (bandas de valencia)<\/li>\n\n\n\n
  2. Estados de energ\u00eda vac\u00edos (bandas de conducci\u00f3n)<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

    Entre estos dos estados de energ\u00eda se ubica la zona de banda prohibida o ancho de banda \u00f3ptico (abismo energ\u00e9tico o bandgap<\/em>), del cual dependen las caracter\u00edsticas electr\u00f3nicas del material, si es mayor a 4 eV es denominado diel\u00e9ctrico y si es igual o cercano a cero se le denomina metal en cualquier otra circunstancia se denomina semiconductor.(Rodr\u00edguez et al., 2005) (Tabla 1)<\/p>\n\n\n\n

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    Tabla 1.<\/strong> Ejemplos de semiconductores y su potencial redox expresado en eV.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    \u00bfQu\u00e9 sucede cuando llega la luz?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Cuando llega la luz en una reacci\u00f3n de fotocat\u00e1lisis, la energ\u00eda la recibe el fotocatalizador el cual es activado por la longitud de onda adecuada, sabiendo que un electr\u00f3n en la banda de conducci\u00f3n puede usarse para reducir cualquier sustrato, mientras que en un agujero en la banda de valencia se puede utilizar para oxidar una variedad de sustancias.<\/p>\n\n\n\n

    \"\"
    Esquema 1.<\/strong> Mecanismo general de la fotocat\u00e1lisis<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Dependiendo del proceso al cual se quiera aplicar se ha desarrollado la fotocat\u00e1lisis homog\u00e9nea y heterog\u00e9nea, la primera involucra: Photo-Fenton (H2<\/sub>O2<\/sub>, sulfatos ferrosos y luz UV), proceso Fenton (H2<\/sub>O2<\/sub> y sulfatos ferrosos) y fot\u00f3lisis directa (solo UV). El proceso fotocatal\u00edtico heterog\u00e9neo se caracteriza por utilizar metales, por ejemplo (TiO2<\/sub>\/UV).<\/p>\n\n\n\n

    Aplicaciones de la fotocat\u00e1lisis, la nueva qu\u00edmica verde<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    La energ\u00eda obtenida de la luz a trav\u00e9s de la fotocat\u00e1lisis puede oxidar o reducir contaminantes estimulando la transferencia de excitaci\u00f3n de electrones en un fotocatalizador semiconductor, para limpiar aguas residuales de compuestos qu\u00edmicos contaminantes.(Antonopoulou et al., 2021) El impacto que tiene este tipo de procesos va m\u00e1s all\u00e1, ya que la luz puede promover reacciones qu\u00edmicas, resulta ser una opci\u00f3n ecol\u00f3gica y energ\u00e9ticamente eficiente, aplic\u00e1ndose en transformaciones qu\u00edmicas desde oxidaciones y reducciones simples hasta reacciones de formaci\u00f3n de enlaces carbono-hetero\u00e1tomo.(K\u00f6nig, 2017)<\/p>\n\n\n\n

    En la s\u00edntesis org\u00e1nica, las condiciones de la reacci\u00f3n fotocatal\u00edtica, minimiza el riesgo de formaci\u00f3n de subproductos inducidos por la luz. Estas simplificaciones de las condiciones de reacci\u00f3n tambi\u00e9n dan como resultado una mayor tolerancia de los grupos funcionales y minimizan la necesidad de realizar purificaciones posteriores complicadas o de proteger los grupos funcionales y la velocidad de reacci\u00f3n tambi\u00e9n depender\u00e1 del suministro de fotones, a\u00f1adiendo que el uso de luz solar permite que la reacci\u00f3n se lleve a cabo a temperatura ambiente y estudios m\u00e1s recientes tambi\u00e9n han detectado el uso de fotones de menor energ\u00eda; por ejemplo, UV-A, luz visible e incluso NIR (infrarrojo cercano); \u00fatiles en las transformaciones qu\u00edmicas, lo que conlleva a una s\u00edntesis qu\u00edmica m\u00e1s amigable con el ambiente.(No\u00ebl & Zysman-Colman, 2022)<\/p>\n\n\n\n

    La mayor\u00eda de los procesos fotoqu\u00edmicos se apegan a los principios de la qu\u00edmica verde, las condiciones fotocatal\u00edticas que utilizan todo el espectro de luz visible permiten una recolecci\u00f3n eficiente de energ\u00eda solar y son clave para realizar reacciones fotoqu\u00edmicas sostenibles en lugar de fuentes de luz artificial, adem\u00e1s de las aplicaciones impactantes en la materia ambiental demuestran la importancia de seguir la investigaci\u00f3n y avances en el \u00e1rea, prometiendo un futuro ecol\u00f3gico y proambiental en el \u00e1rea de s\u00edntesis org\u00e1nica.<\/p>\n\n\n\n

    Referencias<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n

    \n

    Antonopoulou, M., Kosma, C., Albanis, T., & Konstantinou, I. (2021). An overview of homogeneous and heterogeneous photocatalysis applications for the removal of pharmaceutical compounds from real or synthetic hospital wastewaters under lab or pilot scale. Science of The Total Environment<\/em>, 765<\/em>, 144163. https:\/\/doi.org\/https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.scitotenv.2020.144163<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

    \n

    Beall, H. (1996). Report on the WPI Conference: General Chemistry and Materials Science: The Interrelationships. Journal of Chemical Education<\/em>, 73<\/em>(8), 756. https:\/\/doi.org\/10.1021\/ed073p756<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

    \n

    Hassaan, M. A., El-Nemr, M. A., Elkatory, M. R., Ragab, S., Niculescu, V. C., & El Nemr, A. (2023). Principles of Photocatalysts and Their Different Applications: A Review. Topics in Current Chemistry<\/em>, 381<\/em>(6), 31. https:\/\/doi.org\/10.1007\/s41061-023-00444-7<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

    \n

    Heldt, H.-W., & Heldt, F. (2005). The use of energy from sunlight by photosynthesis is the basis of life on earth. In H.-W. Heldt & F. B. T.-P. B. (Third E. Heldt (Eds.), Plant Biochemistry<\/em> (pp. 45\u201366). Elsevier. https:\/\/doi.org\/10.1016\/B978-012088391-2\/50003-1<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

    \n

    K\u00f6nig, B. (2017). Photocatalysis in Organic Synthesis \u2013 Past, Present, and Future. European Journal of Organic Chemistry<\/em>, 2017<\/em>(15), 1979\u20131981. https:\/\/doi.org\/https:\/\/doi.org\/10.1002\/ejoc.201700420<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

    \n

    Nebbia, G., & Kauffman, G. (2007). Prophet of Solar Energy: A Retrospective View of Giacomo Luigi Ciamician (1857-1922), the Founder of Green Chemistry, on the 150th Anniversary of His Birth. Chem. Educ<\/em>, 12<\/em>.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

    \n

    No\u00ebl, T., & Zysman-Colman, E. (2022). The promise and pitfalls of photocatalysis for organic synthesis. Chem Catalysis<\/em>, 2<\/em>(3), 468\u2013476. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.checat.2021.12.015<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

    \n

    Rodr\u00edguez, J., Candal, R., Solis, J., Estrada, W., & Blesa, M. (2005). El fotocatalizador: S\u00edntesis, propiedades y limitaciones. In Tecnolog\u00edas solares para la desinfecci\u00f3n y descontaminaci\u00f3n del agua<\/em> (pp. 135\u2013152). UNSAM.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

    \n

    Vargas, D. D. C., Poot, V. M., & Espinoza, J. E. R. (2019). Luz solar y TiO2 para eliminar pat\u00f3genos contenidos en agua de pozo: comportamiento de la fotocat\u00e1lisis. Ingenier\u00eda<\/em>, 23<\/em>(1).<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

    \n

    Yang, X., & Wang, D. (2018). Photocatalysis: From Fundamental Principles to Materials and Applications. ACS Applied Energy Materials<\/em>, 1<\/em>(12), 6657\u20136693. https:\/\/doi.org\/10.1021\/acsaem.8b01345<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

    Datos de los autores <\/h2>\n\n\n
    1. Centro Conjunto de Investigaci\u00f3n en Qu\u00edmica Sustentable UAEM-UNAM, Toluca, Estado de M\u00e9xico, M\u00e9xico. Contacto: ecuevasy@uaemex.mx \u21a9\ufe0e<\/a><\/li>
    2. Centro Conjunto de Investigaci\u00f3n en Qu\u00edmica Sustentable UAEM-UNAM, Toluca, Estado de M\u00e9xico, M\u00e9xico. Contacto: ecuevasy@uaemex.mx \u21a9\ufe0e<\/a><\/li>
    3. Centro Conjunto de Investigaci\u00f3n en Qu\u00edmica Sustentable UAEM-UNAM, Toluca, Estado de M\u00e9xico, M\u00e9xico. Contacto: ecuevasy@uaemex.mx \u21a9\ufe0e<\/a><\/li><\/ol>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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