ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище

Потребность в устойчивых и экологичных решениях ускорила глобальный спрос на зеленые и возобновляемые технологии. В этой связи полупроводниковые фотокатализаторы стали привлекательным решением благодаря их потенциалу в снижении загрязнения окружающей среды и эффективном использовании солнечной энергии.

Фотокатализаторы — это материалы, которые инициируют химические реакции под воздействием света. Несмотря на прогресс, широко используемые фотокатализаторы страдают от пониженной фотокаталитической активности и узкого диапазона работы в видимом спектре света. Кроме того, их трудно извлечь из растворов на водной основе, что ограничивает их применение в непрерывных процессах.

Феррит висмута (BiFeO3), обладающий узкой полосовой щелью и магнитными свойствами, является привлекательным альтернативным фотокатализатором. Узкая полосовая щель BiFeO3 позволяет эффективно использовать свет в видимой области для возбуждения электронов из валентной полосы в полосу проводимости, оставляя вакантные дырки. Возбужденные электроны и дырки могут вызывать химические реакции, которые приводят к деградации загрязняющих веществ в водном растворе. Кроме того, ферромагнитные свойства позволяют легко извлекать BiFeO3 из раствора. Однако, как и обычные фотокатализаторы, BiFeO3 также страдает от быстрой рекомбинации электронно-дырочных пар, что значительно ограничивает его фотокаталитическую активность.

Чтобы решить эту проблему, группа исследователей под руководством доцента Цо-Фу Марка Чанга из Института инновационных исследований Токийского технологического института (Япония) разработала новые нанокристаллы BiFeO3, декорированные наночастицами золота (Au). Их исследование, иллюстрация которого выбрана в качестве обложки ACS Supplementary Cover, опубликовано онлайн в журнале ACS Applied Nano Materials.

Доктор Чанг объясняет:

Включение наноструктур Au в BiFeO3 позволяет создать больше активных участков для реакций фотодеградации благодаря уникальному локализованному поверхностному плазмонному резонансу наночастицы Au, а перенос возбужденных электронов в BiFeO3 на золотой домен подавляет рекомбинацию электронно-дырочных пар. Новые нанокристаллы BiFeO3, декорированные Au, используют синергетические характеристики обоих механизмов.

Исследователи изготовили нанокристаллы Au-BiFeO3 с помощью гидротермального метода синтеза и простого растворного процесса декорирования BiFeO3 различными количествами Au. Команда оптимизировала фотокаталитическую активность нанокристаллов Au-BiFeO3, оценив их эффективность в разложении метиленового синего (MB), распространенного красителя для джинсовой одежды. MB хорошо растворим в воде, представляя значительную опасность для водных организмов и здоровья людей. Это также делает его идеальным загрязнителем для проверки эффективности фотокатализаторов.

Эксперименты показали, что образец с 1,0% Au по весу проявил наилучшую активность, достигнув впечатляющей 98% эффективности разложения под 500-ваттной ксеноновой лампой в течение 120 минут. Более того, он также сохранил 80% своей первоначальной активности после четырех 120-минутных циклов, демонстрируя отличную стабильность. Кроме того, влияние Au на магнитные свойства BiFeO3 было незначительным, что говорит об отличной способности к вторичной переработке.

Исследователи также изучили механизмы, с помощью которых Au усиливает фотокаталитическую активность. Когда нанокристалл Au-BiFeO3 освещается светом с подходящей длиной волны, электроны в BiFeO3 переходят в полосу проводимости. В отличие от рекомбинации, происходящей в голом BiFeO3, введение Au, имеющего менее отрицательный уровень Ферми, чем полоса проводимости BiFeO3, облегчает перенос возбужденных электронов из полосы проводимости в домен Au, тем самым способствуя накоплению дырок в BiFeO3. Это усиливает фотокаталитическую активность BiFeO3, позволяя ему легче вызывать генерацию гидроксильных радикалов в водных растворах. Эти гидроксильные радикалы обладают высокой активностью и легко атакуют молекулы MB в водном растворе, преобразуя их в безвредные продукты.

Эти результаты расширяют наше понимание взаимодействия золота и полупроводников в фотокатализе и открывают путь к проектированию и разработке передовых нанокристаллических материалов, — отмечает доктор Чанг.

В целом, наше исследование подчеркивает перспективную активность и возможность вторичной переработки Au-BiFeO3, подчеркивая его потенциал в эффективном и устойчивом разложении загрязняющих веществ в окружающей среде.

24.04.2024


Подписаться в Telegram



Нано

JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»
JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»

Когда молекулы облучают инфракрасным светом, о...

ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище
ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище

Потребность в устойчивых и экологичн...

ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик

Исследователи из Токийского столичного ун...

Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды

Новое исследование физики вибрирующих нанопузы...

Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной

Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни...

Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения

Нейродегенеративными заболеваниями, такими как...

Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод

Исследовательская группа, состоящая из со...

LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах

Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б...

Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры

У всех представителей животного царства есть ж...

PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей

Исследование, проведенное докторантом Пабло С....

Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц

Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ...

Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона

Нанопластики взаимодействуют с особым бел...

Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл

Наноинженеры создали квазикристалл &mdash...

Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе

Исследователи показали, что принципы рабо...

Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь

Высокотемпературное пламя используется для&nbs...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

35% переболевших коронавирусом в течение года столкнулись с ухудшением здоровья
35% переболевших коронавирусом в течение года столкнулись с ухудшением здоровья
Science Immunology: Воспаление мозга вызывает мышечную слабость после инфекций
Science Immunology: Воспаление мозга вызывает мышечную слабость после инфекций
Acta Biomaterialia: Гидрогель поможет понять механизм развития Альцгеймера
Acta Biomaterialia: Гидрогель поможет понять механизм развития Альцгеймера
Новая технология фотоэлектрических модулей оптимизирована для городских условий
Новая технология фотоэлектрических модулей оптимизирована для городских условий
CSAA: Как восстановить мир в городе после конфликта — проблемы и перспективы
CSAA: Как восстановить мир в городе после конфликта — проблемы и перспективы
Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось
Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось
ИИ лучше клинических тестов справился с прогнозом течения болезни Альцгеймера
ИИ лучше клинических тестов справился с прогнозом течения болезни Альцгеймера
International Journal of Hydrogen Energy: К 2045 году будем летать на водороде
International Journal of Hydrogen Energy: К 2045 году будем летать на водороде
IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей
IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей
Нанопластики нарушают структуру и функциональность белков в грудном молоке
Нанопластики нарушают структуру и функциональность белков в грудном молоке
Cell: Впервые восстановлена трёхмерная структура хромосом шерстистого мамонта
Cell: Впервые восстановлена трёхмерная структура хромосом шерстистого мамонта
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Вдохновились Дюной: Модификация скафандров позволит перерабатывать мочу в воду
Вдохновились Дюной: Модификация скафандров позволит перерабатывать мочу в воду
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии

Новости компаний, релизы

Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Межсетевой экран защитит компьютерные системы от киберугроз
Университет МИСИС будет готовить специалистов в сфере квантовых технологий
В ВГУВТ будут готовить уникальных специалистов на стыке инженерии и экономики для развития водного транспорта
Казанский ГАУ запускает подготовку специалистов по экологии и природопользованию