金ナノ粒子クラスターは、メチルオレンジと呼ばれる有毒染料を分解する二酸化チタンの効率を高めました。
地球の人口が急増するにつれて、安価に生産された衣料品、化粧品、食品のニーズも高まっています。 これは、生態系問題が進行中であることを表しています。 廃水 有毒な染料を含むこれらの産業からの流出物は環境を汚染します。
これらの有毒な染料を分解して除去するために光を使用する洗浄プロセスが存在し、現在も使用されています。 たとえば、二酸化チタン (TiO2) のような半導体金属酸化物は、 光触媒これは、光を使用して化学反応を加速し、すべての有機汚染物質の水と二酸化炭素の分子への無機化を促進する物質です。 しかし、これらの方法は期待できるほど効率的ではありません
TiO2 やその他の半導体金属によってもたらされる光触媒作用は限られていますが、金 (Au) などの貴金属を添加することで増強できます。 あ 新しい用紙 雑誌に掲載されました 太陽光発電RRL は、メチル オレンジと呼ばれる急性毒性染料を分解するために、金ナノ粒子クラスター (Au9) と TiO2 の使用を提案しています。
「この触媒は有毒な染料を分解するように設計されている」と論文の責任著者であるフリンダース大学の化学物理学とナノテクノロジーの教授であるグンター・アンダーソン氏は述べた。 「触媒は光を吸収し、吸収したエネルギーを電荷担体、電子、正孔（電子がその場から離れた場所）に渡し、化学反応、この場合は有毒な染料の分解を引き起こします。 」
光の力を利用する
光触媒作用は、光の粒子であるフォトンが半導体触媒に吸収されるときに起こる化学反応です。 触媒の電子が励起されて電子と正孔の対が生成され、光触媒を消費することなく化学反応が促進されます。 TiO2 は、金属、非金属、貴金属、さらには別の光触媒を含むさまざまな材料と組み合わせてその特性を高めることができるため、環境浄化に広く提案されている半導体です。
アンダーソン氏は、TiO2 には光を吸収する役割があるものの、全体として触媒としては不十分であるため、研究チームが触媒プロセスを助ける助触媒として Au9 クラスターを選択したと説明しました。 その性能はAu9によって強化される、と彼は付け加えた。 これは、TiO2 では電子がすぐに正孔と再結合し、光触媒作用が制限されるためです。 金ナノ粒子は再結合を防ぐ「電子シンク」として使用できるため、光触媒作用を継続できます。
「Au9 クラスターは、励起された電荷キャリアの反応性を高めることにより、劣化プロセスを迅速化します」と Andersson 氏は続けました。
研究者らは、Au9 ナノ粒子クラスター強化物質がメチル オレンジ色素の分解に非常に効果的であり、この色素を 20 分以内に完全に分解できることを発見しました。 別の光触媒と同様に、この物質は染料の分解を加速し続けるために再利用できます。
「金属クラスターは、そのような染料の分解を促進するためにまだ使用されていません。 科学的な観点から見ると、これは大きな前進です」とアンダーソン氏は語った。
次は何ですか？
素晴らしい結果にもかかわらず、アンダーソン氏は、この物質が有毒染料を除去する廃水処理として広く使用される前に、他のいくつかのステップを踏む必要があることを認めています。
同氏は、チームが使用した特定の物質はユニークであると説明した。なぜなら、彼らがそれを強化したAuクラスターは、クラスターを形成するAu原子の数が固定されているからである。 同氏は、異なるサイズのAuクラスターを使用すると異なる動作が生じるだろうと付け加えた。
つまり、研究者らの次のステップの 1 つは、Au クラスターのサイズを変更して、これがパフォーマンスにどのような影響を与えるかを確認することになるということです。
「導入前に、他の有毒物質が分解できるかどうか、触媒の寿命はどれくらいか、大型化にかかるコストはいくらかなども調査する必要がある」とアンダーソン氏は結論付けた。
参考文献: Gunther Andersson ら、 Au9 ナノクラスターで装飾された窒素官能化メソポーラス TiO2 を使用したメチル オレンジの光触媒分解の強化太陽光発電RRL (2024)、DOI: 10.1002/solr.202300943
フィーチャー画像クレジット: Adrien Ledoux on Unsplash
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#金ナノ粒子による廃水中の有毒染料の浄化
2024-04-05 07:40:43