ZnO ドープ C: 色素の合成、特性評価、光触媒による分解が容易

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14173 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

炭素ドープ ZnO ナノ粒子は、クエン酸亜鉛前駆体の熱分解から合成されています。 前駆体は半固体ペーストから合成され、その後 700 °C で焼成されて ZnO ナノ粒子が生成されました。 前駆体と ZnO は、フーリエ変換赤外分光法、紫外可視 (UV-Vis) スペクトル、透過型電子顕微鏡、電界放射型走査型電子顕微鏡、X 線エネルギー分散分析 (EDAX)、粉末 X 線回折 (XRD) によって特性評価されました。 ）、およびX線光電子分光法（XPS）。 その結果、層厚さ 25 nm の六方晶系 2D-ZnO ナノ粒子が確実に形成されました。 ZnO の光学バンドギャップを測定したところ、バルクよりも低い 2.9 eV であることがわかりました。 アニオン色素としてのフルオレセイン色素およびカチオン色素としてのローダミン B の光触媒分解を、UV 照射下で C-ZnO NP を介して評価しました。 ZnOは、UV照射下で240分後にフルオレセイン色素の99%の分解を示し、120分後にはローダミンB色素の完全な光触媒分解を示しました。

繊維、医薬品、化粧品などの加工から生じる有機染料で汚染された工業廃水の排出は、過度の水質汚染の主な原因となっています1。 たとえ低濃度であっても染料が暴露されると、水生環境の水質に重大な影響を与える可能性があります2。 ローダミン B やメチレンブルーなどの染料は、非生分解性で、有毒で発がん性のある危険な染料です 3, 4。フルオレセインは、材料の構造を視覚化し、流体の流れを追跡するために使用できる高蛍光染料であり、広範囲にわたって安定しています。 ｐＨおよび温度条件５． 非生分解性で耐性のある染料は環境中に長期間残留する可能性があり、環境に多くの悪影響を与える可能性があるため、大きな問題となっています6。 水を効率的に浄化するには、吸着7、濾過8、光触媒9などの複数のプロセスが必要です。 光触媒は、廃水から染料を除去する環境に優しい持続可能な技術と考えられています10、11。光触媒は、再生可能で安価に利用できる自然太陽光線に依存する将来の技術の有望なアプローチです12、13。ナノ構造の欠陥は、ナノ構造の欠陥を定義する上で重要です。対象となる用途におけるナノ構造の特性と性能14． pH や温度などの強制パラメータがなければ、アニオン染料とカチオン染料の両方の効率的な分解影響を与える光触媒はほとんどありません 15、16。二次元材料は、数ナノメートルの厚さの薄い複数の層で構成されるシート状のナノマテリアルです 17、18。直径材料は、その独特の厚さと二重に露出した活性表面、電子状態密度スペクトルの独特な性質のため、他の形態よりも光触媒用途としてますます注目を集めています19。 光触媒反応は、ZnO20 などの半導体の表面にある紫外可視光による誘導に依存します。 ZnO は、バンドギャップ エネルギー (3.3 eV) を持つ優れた n 型半導体であり、高い光感度、良好な物理的および化学的安定性、高い電子移動度などの独特の特性を備えています 17, 21, 22。 ZnO は、強力な抗菌剤として大きな可能性を持っています。高い安全性プロファイルにより、最終的には抗生物質に代わる可能性があります23。 これらの特徴的な特性により、ZnO は、太陽電池、光触媒、ガスセンサー 24 など、さまざまな用途に有望な材料となりました。金属 25 および非金属 (カーボンなど) 26 のドーピングは、バンド ギャップ エンジニアリングと光触媒に大きな影響を与えます。 ZnO 炭素ドープの光触媒効率の向上は、良好な色素吸着能力、色素の直接光酸化、光誘起電子正孔再結合の阻害によるものと考えられます 29。 ドーピング合成は、通常、単純さと高収率の生産を欠いた洗練された方法を必要とします30、31。分子前駆体からの金属酸化物の固相合成は、単純で収率が高く、大規模化を容易にするため、他の合成アプローチに比べていくつかの利点があります32。 UV 照射下でのローダミン B 色素の分解における光触媒が研究されました 33,34,35。 染料の分解効率に対する触媒の用量と粒子サイズの影響が研究されました 36。 金属酸化物の合成とハイブリッド化に関する我々の以前の研究の継続として、それらを水処理における効率的な材料として研究し、応用する37、38、39、40、41、42。 ZnCと混合したZnOは、クエン酸分子前駆体から良性固体技術によって合成されました。 焼成生成物の特性評価にはさまざまな技術が使用されました。 合成された ZnO/ZnC 混合物の光触媒活性は、他の触媒と比較して、さまざまな色素の分解において効率的な光触媒活性を示しました。