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Jun 28, 2023

層状 MoS2: 効果と環境

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14148 (2023) この記事を引用 34 アクセス 2 Altmetric Metrics の詳細 光触媒分解は、残留有機物を除去するための有望な方法です

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14148 (2023) この記事を引用

34 アクセス

2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

光触媒分解は、低コスト (太陽光による光触媒を参照)、汚染物質の高い無機化、および環境への影響が低いため、水から残留性有機汚染物質を除去するための有望な方法です。 遷移金属ジカルコゲニド (TMD) をベースとした光触媒は、その独特な電気的、機械的、光学的特性により、最近高い科学的関心を集めています。 層状構造の MoS2 光触媒は、可視光照射下でメチレンブルー (MB) を光分解するように管理されました。 触媒は、SEM、AFM、粉末XRD、UV-Vis、ラマン、およびXPS測定を使用して徹底的に特性評価されました。 MB 溶液の光触媒分解は、(i) 還元的および (ii) 酸化的条件下で行われました。 光触媒活性に対する光学的および電子的特性、および MoS2-MB 相互作用の影響について議論しました。 見かけの分解速度定数 (kapp) は 3.7 × 10-3 でした。 7.7×10-3; 光分解、酸化光触媒、還元光触媒の場合、81.7 × 10–3 min–1。 還元プロセスと酸化プロセスにおける MB の分解効率を比較すると、表面電子との反応が重要な役割を果たしていることがわかります。 酸化プロセスでは酸素が電子と反応してスーパーオキシドアニオンラジカルを形成し、色素のさらなる変換に関与しますが、還元プロセスでは電子の追加により発色団環が不安定になり、その破壊が引き起こされます。

人間の活動は、さまざまな技術プロセス中に生成される化学物質による水質汚染を引き起こします。 化学物質の使用が増加しているのは、現在の生活様式と人口の継続的な増加によるものです。 これにより、近い将来、自然生態系と人類人口にさらなる圧力がかかると予測されています。 したがって、新しい廃水処理技術の開発は重要な環境問題です。 ここ数十年、新しい廃水処理方法の開発に多くの注目が集まってきました1。 その中でも不均一系光触媒は非常に有望視されていますが、最も効果的な触媒は白金や金といった高価で希少な貴金属をベースにしたものです。 最近の研究 2,3 では、遷移金属ジカルコゲニドが貴金属触媒の安価で便利な代替品となる可能性があることが示されています。

モリブデナイト (MoS2) は、遷移金属ジカルコゲニド (TMD) のグループに属します。 二硫化モリブデンは、多くのユニークな特性を示すサンドイッチ状構造を持つ層状材料です4。 その特徴により光触媒として使用することが可能です。 MoS2 は、三角柱構造を持つ 2 つの安定な半導体相 (2H および 3R) と金属八面体の準安定相 (1T) の 3 つの相で存在します。 バルク MoS2 の間接バンド ギャップは約 1.2 eV ですが、層の縮小後には直接バンド ギャップが約 1.9 eV に変化します5。 これは、その素材が太陽光を強力に吸収する効果があることを示しています。 MoS2 ナノ材料は、可視波長範囲での高い吸収応答により、良好な触媒活性を提供します。 この材料の欠点は、光生成された電子と正孔のペアが急速に再結合することです6。 電荷分離は、面（基底面００２）に対する金属エッジ部位（エッジ１００の平面）の比率を増加させることによって改善することができる。 触媒の活性中心は主にエッジサイトとS空孔に集中しており、その基底面は化学的に不活性であると考えられています。 結晶の端は高い表面エネルギーを持っているため、MoS2 は酸素と迅速に反応できます。 さらに、単層 MoS2 は、カーボン ナノチューブと同等の優れた電荷キャリア移動度を備えています7。

ナノ粒子、メソ細孔、ナノワイヤ、非晶質 MoS2、薄膜、化学的に剥離された MoS2 層など、さまざまな MoS2 ナノ構造の触媒活性を研究するために多大な努力が払われてきました。 MoS2 は、環境工学において、吸着と光触媒分解の両方による有機汚染物質の処理に使用されています 8,9,10,11,12,13,14。