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Jun 16, 2023

물에서 유기 염료를 선택적으로 제거하기 위한 CuFe2O4 나노구조의 조정 가능한 황 도핑

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 6306(2023) 이 기사 인용 1206 액세스 8 인용 3 Altmetric Metrics 세부 정보 이 연구에서는 황 도핑된 구리 페라이트(S-CuFe2O4) 광촉매를 사용했습니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 6306(2023) 이 기사 인용

1206 액세스

8 인용

3 알트메트릭

측정항목 세부정보

이 연구에서는 손쉬운 열수법을 사용하여 최초로 황 도핑된 구리 페라이트(S-CuFe2O4) 광촉매를 성공적으로 합성했습니다. 합성된 광촉매는 XRD, Raman, TGA, FT-IR, UV-Vis-DRS, SEM, EDX 및 PL 기술을 통해 특성화되었습니다. 결과는 황을 이용한 도핑이 음이온이 CuFe2O4 나노 구조의 산소를 대체함에 따라 격자에 변형을 일으키는 적합한 대안인 것으로 밝혀졌습니다. 황 도펀트로 인해 광촉매는 광유도 전하를 효과적으로 포착하고 전달할 수 있어 전하 재결합을 쉽게 억제할 수 있습니다. UV-Vis 분광 광도계를 사용하여 수성 매질에서 선택적 독성 유기 염료(RhB, CR, MO 및 CV)의 분해를 모니터링했습니다. 염료 분해 결과는 원래의 CuFe2O4에 비해 S-CuFe2O4의 놀랍도록 우수한 성능에 대한 증거를 제공합니다. 효율성을 바탕으로 이 연구는 광촉매 과학의 탁월한 후보로 지정될 수 있습니다.

수질 오염은 세계에서 가장 심각한 환경 문제 중 하나입니다. 산업화는 다양한 유해 오염물질을 포함하는 폐수를 생산합니다1. 가장 널리 퍼진 오염 물질은 합성 유기 염료로, 이는 다양한 산업 분야에서 널리 사용되며 수생 환경에 심각한 위협을 가합니다2. 섬유 산업에서 널리 사용되는 아조 염료는 발암성이 있고 간 세포를 죽이는 것으로 입증되었습니다3. 마찬가지로, 메틸 오렌지(MO)와 크리스탈 바이올렛(CV)은 위장, 호흡기 및 피부 자극을 유발하는 복잡한 화학 구조를 가진 독성, 수용성 음이온 아조 염료입니다. 콩고 레드(CR)는 발암성, 돌연변이 유발성 및 생식 문제를 일으키는 아조 염료입니다4. 로다민 B(RhB)는 피부와 눈에 자극을 유발하고 삼키면 독성이 있는 플루오레세인 염료입니다. 이러한 플루오레세인 염료는 포유류 조직에 극도로 세포독성이 있으며 형태학적 및 유전적 변화를 유발합니다5,6. 따라서 오염된 물은 특히 산업 지역 근처에 위치한 도시 공동체의 경우 문제가 되고 있습니다. 따라서 경제적인 접근 방식을 사용하여 폐수에서 이러한 염료를 제거하는 것이 중요합니다7,8.

오염된 물에서 염료를 분해하기 위한 다양한 전략이 개발되었습니다. 흡착, 전기화학적 증착, 산화환원 반응 및 생물학적 처리는 이러한 방법의 예입니다9,10. 그러나 고유한 독성, 2차 오염물질 생성 및 이러한 접근법의 높은 비용으로 인해 이러한 방법은 효과적이지 않은 것으로 입증되었습니다11. 이러한 문제를 해결하기 위해 비용 효율적이고 안정적이며 위험이 없는 재료를 개발하려면 더 많은 연구가 필요합니다. 광촉매 염료 분해는 빛과 촉매를 사용하여 물에서 유기 염료를 분해하는 저비용, 다용도 및 에너지 효율적인 프로세스입니다. 이를 위해 다양한 금속 산화물, 황화물, 양자점, 귀금속 나노 입자, 폴리머, 금속 및 비금속 도핑 하이브리드 재료, 그래핀 기반 재료, 금 나노 클러스터 및 전이 금속 페라이트가 사용되었습니다 14,15,16,17,18 ,19,20,21,22,23,24. 이 중 전이금속 페라이트 나노물질은 저비용, 높은 화학적 안정성, 넓은 표면적, 재사용성 및 촉매 특성을 가지고 있습니다.

염료 분해 용도의 경우 스피넬 페라이트를 포함한 다수의 페라이트가 촉매로 사용되는 것으로 보고되었습니다26. 따라서 스피넬 페라이트는 염료 분해 연구에서 큰 주목을 받아온 M2+M23+O4 유형의 화합물입니다. 스피넬 페라이트의 일반적인 공식은 MFe2O4이며, 여기서 M = Zn, Mn, Ni, Cu 등입니다. 페라이트의 구성과 구조는 물질을 흡착하는 능력에 영향을 미치며, 이는 형태와 고유 결정 구조에 따라 달라집니다. CuFe2O4는 좁은 밴드 갭, 광화학적 안정성 및 가시광선 활성을 갖는 스피넬형 물질입니다. 또한 낮은 독성, 비용 효율성, 다용도성 및 재활용성으로 인해 정수 응용 분야에 매력적인 촉매제가 됩니다30,31. 솔-겔, 사진, 전기 증착, 고체 상태 반응, 열수법 및 공침전과 같은 스피넬 페라이트 미세 구조를 합성하는 다양한 방법이 보고되었습니다. 다양성, 균일성, 순도 및 합성 용이성으로 인해 열수 방법이 선호됩니다33.