Фотосенсибилизация микросфер TiO2 новым хиназолином

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 12929 (2023) Цитировать эту статью

485 Доступов

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Загрязнение воды является одной из глобальных угроз, серьезно влияющих на нашу планету и здоровье человека. Органические текстильные красители являются одними из распространенных органических загрязнителей воды, которые подвержены разложению традиционными физическими методами. Фотокатализ с использованием полупроводников считается экологически чистой, эффективной и устойчивой технологией очистки сточных вод. Чтобы максимально эффективно использовать солнечное излучение, крайне важно исследовать новые органические молекулы, которые будут использоваться в качестве эффективных сенсибилизаторов красителей для широкозонных полупроводников, чтобы расширить их характеристики до области видимого света. Таким образом, в этой работе мы предлагаем разработку и синтез новых структур молекулы QAD в качестве фотосенсибилизатора красителя с расширенным поглощением видимого света за счет расширенных π-π/n-π-конъюгаций, чтобы повысить эффективность наночастиц TiO2 для область видимого света и улучшают разделение зарядов. Физико-химические характеристики подтвердили успешный синтез образцов QAD, TiO2 и QAD/TiO2 предложенной структуры. Закрепление молекул QAD на поверхности TiO2 привело к существенному улучшению оптических характеристик TiO2, а также к преодолению его общих недостатков за счет уменьшения энергии запрещенной зоны до 2,6 эВ, заметного снижения интенсивности ФЛ, указывающего на уменьшение e-h-рекомбинации и улучшение разделения зарядов и создание эффективной антенны, собирающей видимый свет в диапазоне 400–600 нм. Кроме того, образец QAD/TiO2 достиг трехкратного увеличения наблюдаемой константы скорости фотодеградации красителя родамин B по сравнению с необработанным TiO2. Параметры, влияющие на процесс фотодеградации, были оптимизированы, и образец продемонстрировал исключительную стабильность после 4 последовательных циклов. Наконец, эффект поглотителей был исследован, и \({\mathrm{O}}_{2}^{\cdot -}\) был предложен как наиболее реактивный вид, а механизм усиления был предложен на основе инжекция электронов с уровня HOMO QAD на CB TiO2. Наконец, эта работа открывает двери для различных исследований по изучению предлагаемых структур или подобных структур в различных фотокаталитических/биомедицинских приложениях.

Фотокатализ на основе полупроводников, управляемый видимым светом, стал одной из наиболее успешных экологических стратегий эффективного сбора и использования падающего солнечного излучения для катализа химического процесса путем преобразования вечно доступной солнечной энергии в ценную химическую энергию, которая будет применяться в важнейших целях. такие как очистка сточных вод, производство водорода, производство аммиака, солнечные элементы и сокращение выбросов углекислого газа1,2,3,4,5,6. Среди различных фотокатализаторов наночастицы TiO2 можно считать наиболее часто используемыми полупроводниками из-за их доступности, низкой стоимости, нетоксичности, выдающейся фотокаталитической активности и длительного срока службы7,8,9,10,11,12. Тем не менее, относительно широкая запрещенная зона (3,20 эВ для анатаза) и высокая скорость e–h-рекомбинации препятствуют промышленному применению голых фотокатализаторов TiO2; это сосредоточило внимание на острой необходимости поиска доступных, надежных, эффективных и инновационных фотокатализаторов, активных в видимом свете5,13,14. За последние два десятилетия было предпринято множество попыток улучшить фотокаталитическое поведение широкозонных фотокатализаторов (например, TiO2 и ZnO) путем расширения их оптического поглощения до диапазона видимого света и улучшения разделения зарядов с помощью различных подходов, включая легирование металлами и неметаллами. /солегирование4,7, полупроводниковое соединение15,16,17, соединение с углеродными материалами8,18 и сенсибилизация красителем19,20,21.

Установлено, что в качестве моделирования процесса фотосинтеза в растениях сенсибилизация красителем является одним из наиболее многообещающих подходов к улучшению оптических и фотокаталитических характеристик наночастиц TiO219,20,21,22,23,24,25,26. В наших предыдущих работах с наночастицами TiO2 на основе порфирина19,20 мы заметили, что закрепление тетра(4-карбоксифенил)порфирина (TCPP) привело к существенному улучшению всех оптических характеристик и фотокаталитических характеристик фотокатализатора TiO2 за счет (1) уменьшение скорости рекомбинации e – h, (2) увеличение срока службы и (3) уменьшение энергии запрещенной зоны примерно до 2,6 эВ, в дополнение к (4) созданию выдающейся антенны для сбора видимого света для преодоления их неактивности в видимом диапазоне. световой диапазон вместе с (5) удвоением фотокаталитической активности фотокатализатора TCPP/TiO2 в отношении фотодеградации родамина B (RB). Помимо выдающейся способности к широкой абсорбции TCPP в качестве фотосенсибилизатора, он страдает нестабильностью в щелочной среде (pH > 10)19. Аналогичным образом, M. Sedghi22 et al. исследовали влияние TCPP на усиление TiO2/Al и сдвиг его реакции в видимую область; однако достигнутый процент удаления РБ составил всего 29,19%. E. Valadez-Renteria и др.24 использовали зеленый хлорофилл в качестве эффективного фотосенсибилизатора для композита TiO2:W, который эффективно разрушал краситель RB, но после 3-го цикла наблюдалось снижение активности примерно на 20%. Zyoud и соавт.23 синтезировали сенсибилизированные антоцианином наночастицы TiO2 для эффективного фотодеградации феназопиридина под действием солнечного имитированного света, которые достигают высокого процента разложения (> 90%); однако процент разложения снизился примерно до 55% после второго использования из-за потери фотосенсибилизатора.