Kontrollerbar overfladedefektteknik på overgangsmetaltrichalcogenid

NUS-forskere har udviklet en metode til kontrollerbar introduktion af to forskellige typer svovl ledige pladser i zirconiumtrisulfid (ZrS) ₃ ) gør det til en effektiv fotokatalysator for hydrogenperoxid (H ₂ O ₂ ) generering og benzylaminoxidation.

Indførelse af defekter kan forårsage uventede ændringer i materialers fysiske og kemiske egenskaber. Som resultat, defektteknik har været et alsidigt værktøj til at udvikle mere effektive fotokatalysatorer i kemiske reaktioner. I fotokatalytiske applikationer, indførelsen af ​​defekter kan have en betydelig indvirkning på den optiske absorption, opladningsbærerdynamik, og overfladekatalysekinetik af materialerne. Bedre forståelse af struktur-aktivitetsforholdene, der er indført ved indførelsen af ​​disse defekter, kan resultere i udviklingen af ​​mere effektive fotokatalytiske materialer.

Et forskerhold ledet af professor Chen Wei fra både Institut for Fysik og Kemi, National University of Singapore har udviklet en metode til kontrollerbar introduktion af to forskellige typer defekter, disulfid-anionerne (S ₂ ^2- ) og sulfidionen (S ^2- ) ledige stillinger i ZrS ₃ nanobelter (figur (a) til (f)). ZrS ₃ nanobånd er lange endimensionelle nanostrukturer, der ligner bånd. Forskerne fandt ud af, at S ₂ ^2- og S ^2- ledige stillinger kan indføres i nanobæltematerialet gennem to forskellige metoder (figur (g) og (h)). For S ₂ ^2- ledige stillinger, dette involverer udglødning af ZrS ₃ nanobælte ved 700 ℃ under vakuumforhold. For S ^2- ledige stillinger, anvendes en lithiumbaseret hydrotermisk metode. Ved at variere udglødningstiden (10, 15, og 20 minutter) og mængden af ​​tilstedeværende lithium, defekt konstrueret ZrS ₃ materiale med varierende mængde S ₂ ^2- ledige stillinger og S ^2- ledige stillinger kan opnås.

Forskerne fandt ud af, at denne defekt konstruerede ZrS ₃ materiale kan forbedre den fotokatalytiske produktion af H ₂ O ₂ kombineret med selektiv oxidation af benzylamin til benzonitril i vand. De undersøgte systematisk virkningerne af S ₂ ^2- og S ^2- ledige stillinger på ladningsbærerens dynamik og fotokatalytisk ydeevne. Deres forskningsresultater viser, at S ₂ ^2- ledige stillinger kan betydeligt lette adskillelsen af ​​fotogenererede ladningsbærere. Separat, S ^2- Ledige stillinger fremmer ikke kun elektronledningen og huludtrækningen i den fotokatalytiske proces, men de forbedrer også kinetikken af ​​benzylaminoxidationen. Disse to forskellige typer af ledige stillinger i ZrS ₃ materiale arbejder sammen for at forbedre udførelsen af ​​den fotokatalytiske reaktion. Under belysning af et simuleret sollys, ZrS ₃ materiale producerer H ₂ O ₂ og benzonitril med en hastighed på 78,1 ± 1,5 og 32,0 ± 1,2 μmol time ^-1 henholdsvis.

Prof Chen sagde, "Vores forskningsresultater åbner op for en ny vej for defektteknik og lover en potentiel strategi for undersøgelse af struktur-aktivitetsforhold til design og udvikling af mere effektive fotokatalysatorer."