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Jun 28, 2023
계층화된 MoS2: 효과적이고 환경적임
Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14148(2023) 이 기사 인용 34 액세스 2 Altmetric Metrics 세부 정보 광촉매 분해는 잔류 유기물을 제거하는 유망한 방법입니다.
Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14148(2023) 이 기사 인용
34 액세스
2 알트메트릭
측정항목 세부정보
광촉매 분해는 저렴한 비용(태양열 구동 광촉매 참조), 오염물질의 높은 광물화 및 낮은 환경 영향으로 인해 물에서 잔류성 유기 오염물질을 제거하는 유망한 방법입니다. 전이금속 디칼코게나이드(TMD)를 기반으로 하는 광촉매는 독특한 전기적, 기계적 및 광학적 특성으로 인해 최근 높은 과학적 관심을 끌고 있습니다. 층상 구조의 MoS2 광촉매는 가시광선 조사 하에서 메틸렌 블루(MB)를 광분해하도록 관리되었습니다. SEM, AFM, 분말 XRD, UV-Vis, Raman 및 XPS 측정을 사용하여 촉매를 철저히 특성화했습니다. MB 용액의 광촉매 분해는 (i) 환원성 및 (ii) 산화성 조건 하에서 수행되었습니다. 광학적, 전자적 특성의 영향과 광촉매 활성에 대한 MoS2-MB 상호작용이 논의되었습니다. 분해의 겉보기 속도 상수(kapp)는 3.7×10-3이었습니다. 7.7 × 10–3; 광분해, 산화 광촉매 및 환원 광촉매의 경우 81.7 × 10–3 min−1. 환원 및 산화 과정에서 MB의 분해 효율을 비교하면 표면 전자와의 반응이 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있습니다. 산화 과정에서 산소는 전자와 반응하여 염료의 추가 변형에 관여하는 초산화물 음이온 라디칼을 형성하는 반면, 환원 과정에서는 전자를 추가하면 발색단 고리가 불안정해지고 파열됩니다.
인간 활동은 다양한 기술 과정에서 생산되는 화학 물질로 인해 수질 오염을 유발합니다. 화학 물질 사용이 증가하는 것은 현재의 생활 방식과 인구의 지속적인 증가 때문입니다. 이는 가까운 미래에 자연 생태계와 인류 인구에 더 많은 압력을 가할 것으로 예상됩니다. 따라서 새로운 폐수처리 기술의 개발은 중요한 환경문제이다. 최근 수십 년 동안 새로운 폐수 처리 방법 개발에 많은 관심이 집중되었습니다1. 그 중 불균일 광촉매는 매우 유망해 보이지만 가장 효과적인 촉매는 백금, 금 등 값비싸고 희귀한 귀금속을 기반으로 한다. 최근 연구2,3에서는 전이 금속 디칼코게나이드가 귀금속 촉매에 대한 저렴하고 편리한 대안이 될 수 있음을 나타냅니다.
몰리브덴산염(MoS2)은 전이금속 디칼코게나이드(TMD) 계열에 속합니다. 이황화 몰리브덴은 많은 독특한 특성을 나타내는 샌드위치형 구조의 적층형 재료입니다4. 그 특징으로 인해 광촉매로 사용할 수 있습니다. MoS2는 삼각 기둥 구조(2H 및 3R)를 갖는 두 개의 안정적인 반도체 상과 금속 팔면체 준안정 상(1T)의 세 가지 상으로 존재합니다. 벌크 MoS2는 ~1.2eV의 간접 밴드 갭을 가지며, 이는 층 감소 후 ~1.9eV의 직접 밴드 갭으로 변경됩니다5. 이는 해당 소재가 햇빛에 강한 흡수 효과를 가지고 있음을 나타냅니다. MoS2 나노물질은 가시광선 파장 범위에서 높은 흡수 반응으로 인해 우수한 촉매 활성을 제공합니다. 이 물질의 단점은 광생성된 전자-정공 쌍이 빠르게 재결합된다는 것입니다6. 전하 분리는 금속 엣지 사이트(에지(100)의 평면) 대 면(기저 평면(002))의 비율을 증가시킴으로써 개선될 수 있다. 촉매의 활성 중심은 주로 가장자리 사이트와 S 공석에 집중되어 있으며 기저 평면은 화학적으로 불활성인 것으로 간주됩니다. 결정의 가장자리는 표면 에너지가 높기 때문에 MoS2가 산소와 빠르게 반응할 수 있습니다. 또한, 단일층 MoS2는 탄소나노튜브만큼 우수한 전하 운반체 이동성을 가지고 있습니다7.
나노입자, 중간 기공, 나노와이어, 비정질 MoS2, 박막 및 화학적으로 박리된 MoS2 층과 같은 다양한 MoS2 나노구조의 촉매 활성을 조사하기 위해 상당한 노력이 이루어져 왔습니다. MoS2는 흡착 및 광촉매 분해를 통해 유기 오염물질을 처리하기 위한 환경 공학에 사용되었습니다8,9,10,11,12,13,14.