TiO2の比較研究

May 01, 2024

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12075 (2023) この記事を引用

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2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

この研究は、メトロニダゾールの分解に効果的な触媒である TiO2-Fe3O4 光触媒の合成における、従来の水熱処理とマイクロ波処理の直接比較に焦点を当てました。 光触媒は、X 線回折、ラマン分光法、透過型電子顕微鏡、エネルギー分散型 X 線、拡散反射分光法などのさまざまな特性分析が行われました。 ラマン分光分析により、従来の水熱処理で得られた材料はアナターゼ相とマグネタイト相の別々の相で構成されていることが判明した。 一方、マイクロ波プロセスを使用して合成された材料は、Eg バンド (143 cm-1) とその半値幅がより高い波数に向かって顕著なシフトを示しました。 この変化は、TiO2 格子への Fe イオンの導入によるものと考えられます。 さらに、SQUID磁気測定によって実証されたように、従来の水熱合成ルートとマイクロ波合成ルートの両方で、超常磁性特性を備えたTiO2-Fe3O4系が生成されました。 TEM 分析により、マイクロ波プロセスを使用して合成された材料はより高い均質性を示し、顕著な大きな凝集物は観察されないことが明らかになりました。 最後に、この研究では、TiO2 – Fe3O4 光触媒の光酸化特性を効果的に利用してメトロニダゾールを除去する便利な LED 光反応器を提案しました。 光活性 TiO2 – Fe3O4 触媒とエネルギー効率の高い LED リアクターを組み合わせることで、1 注文あたりの電気エネルギー (EEO) が低く抑えられました。

現在の世界情勢において、気候中立性を追求するために自然環境への配慮は極めて重要です。 この目標は欧州グリーンディール1,2の中心であり、欧州連合のすべての国に受け入れられています。 しかし、利用可能なエネルギー資源を上手に利用することも重要です。 今、世界はこれまで以上に、エネルギー戦略を変えることで気候中立性が達成され、世界の電力市場の安心が確保されると考えています。 さらに、研究者は、目的の製品を製造するための、より環境に優しい方法を検討するという課題に常に挑戦しています3。 グリーンケミストリーの指針の中でも、より安全な溶媒の使用とエネルギー効率を考慮した設計は、材料科学に関連する 2 つの重要な原則です4。

二酸化チタンは材料科学において最も広範囲に研究されている粉末材料の 1 つであり、Scopus データベースには 200,000 件近くの結果があります (アクセス日 2023 年 5 月 10 日)。 その人気の理由は、有機汚染物質の光​​酸化に適した優れた光触媒特性にあると考えられます。 しかし、工業廃水処理における二酸化チタンの使用は、いくつかの欠点があるため制限されています5、6。 そのような制限の 1 つは、処理後の混合物から TiO2 を分離するのが難しいことです。 もう 1 つは、電子/正孔電荷キャリアの再結合率が高く、時間の経過とともにプロセス効率が低下することです7。 これはプロセス全体のパフォーマンスに影響を及ぼし、後続のプロセスで再利用するために光触媒を回収するために TiO2 懸濁液の分離に多大な投資を必要とします。 二酸化チタン光触媒の課題に対処するための考えられる戦略の 1 つは、プロセス後の材料分離を改善できる成分を組み込むことです 8,9。 2 つの酸化鉄の混合物であるマグネタイト (Fe3O4) は、FeII および FeIII 電子の不均衡な磁気寄与により強磁性の特性を持っています10。 両方の酸化物の特性を組み合わせることで、有機汚染物質の光​​分解に使用する磁性光触媒の製造が可能になります。 例えば、Chu et al.11 は、強化された光触媒能力を示す、炭素をベースとした安定なコアシェル TiO2@Fe3O4 システムを合成しました。 同様に、Guo ら 12 は、メチレンブルーの除去活性を高めた TiO2/Fe3O4/グラフェン材料を開発しました。 しかし、最終系の光酸化能力と磁気特性の両方を維持する適切な合成方法を選択することは、研究者にとって依然として大きな課題です13。