TiO2@ゼオライトハイブリッド材料の表面特性と電気特性の評価

Dec 15, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3650 (2023) この記事を引用

895 アクセス

3 オルトメトリック

メトリクスの詳細

水性媒体中の汚染物質の分解は、環境や人間の健康への影響から高い関心が寄せられており、そのため、水浄化のための光触媒の物理化学的特性の設計と研究は非常に重要です。 光触媒の特性のうち、表面および電気機構に関連する特性は光触媒の性能に重要です。 今回我々は、X線光電子分光法(XPS)と走査型電子顕微鏡(SEM)によってそれぞれTiO2@ゼオライト光触媒の化学的特性と形態学的特性を報告し、補助レーザーインピーダンス分光法(ALIS)から得られたデータに基づいてコヒーレントな電気伝導機構を提案した。 ）、ゼオライトはリサイクルされた石炭飛灰から合成されました。 SEM および XPS によって得られた結果は、Ti3+ 状態の存在を伴う TiO2 アナターゼの球状粒子の存在を確認しました。 ALIS の結果は、TiO2 の量が増加するとシステム全体のインピーダンスが増加し、容量性能が低いサンプルでは固液界面間の電荷の移動が大きくなることが示されました。 すべての結果は、8.7 wt% および 25 wt% の TiO2 を含むヒドロキシソーダライト上での TiO2 成長のより高い光触媒性能が、主に TiO2 の形態および基材と TiO2 の間の相互作用の観点から説明できることを示しました。

染料の中でも、アゾ化合物は食品産業や繊維産業で広く使用されており、これらの産業の廃水のかなりの量が環境に放出され、人間や水生生物に危険をもたらします1、2。 染料の化学的安定性が高いため、不均一光触媒を使用した高度な酸化プロセスにより、このクラスの廃水の浄化が可能になります3。 光触媒の中でも、TiO2 は、高い酸化効率、化学的および生物学的不活性、高い光安定性、他の触媒と比較して製造と使用が容易、比較的低コスト、および環境に優しい4,5; したがって、TiO2 は光触媒プロセスを改善するための基本的な材料として使用されており、現在でも研究されています 6、7、8、9、10、11、12、13。 TiO2 の性能を高めるために、TiO2 を適切な基板上に成長させて分散させ、TiO2 と基板の両方の特性を利用するハイブリッド材料を作成します。 TiO2 を固定化するために使用される基板の 1 つはゼオライトです。ゼオライトは、酸素原子を介して結合した TO4 (T = Si、Al) 四面体単位からなる水和アルミノケイ酸塩です。 それらは、チャネルによって相互接続された分子寸法の内部空洞と細孔を備えた三次元構造を生成します。 Al (+3) イオンと Si (+4) イオンの酸化状態の違いにより、負電荷が発生し、交換可能な陽イオン (Na+、K+、Ca2+、Mg2+) と吸着された水分子によって中和されます。構造のチャネルまたはケージに配置されます14、15。 ゼオライトは天然または合成起源であり、農業 16、健康 17、炭化水素 18、汚染処理 19 などの多くの用途に使用されています。 合成ゼオライトは、ガラスやアルミのスクラップ20、石炭飛灰（CFA）21、リチウム廃棄物22、もみ殻23などの廃棄物から、主に水熱法により合成できます。 TiO2@ゼオライト材料によって汚染物質を分解する光触媒の能力は、TiO2による光の吸収によって促進される電子正孔対の特性によるもので、水性媒体中でフリーラジカル、アゾ染料として有機化合物を酸化できるラジカルを生成します4。 5. TiO2 の光触媒効率は生成されるフリーラジカルの数に依存し、主に吸着能力と電子 - 正孔の再結合に影響されます。 ゼオライト中に TiO2 を分散させると、再結合電子正孔速度の低下など、TiO2 のあらゆる問題が解決され、吸着が増加し、溶液からの回復が容易になります 24。 文献レビューによると、TiO2@ゼオライトのハイブリッド材料の製造は、主に市販のゼオライトを使用して報告されています25、26、27、28。 しかし、石炭飛灰から合成されたゼオライトを TiO2@ゼオライトの製造に使用することに関する文献はほとんどなく、その結果、これらの材料の光触媒用途に関与するメカニズムの理解がまだ不足しています。