Team inducerer piezoelektricitet for forbedret nedbrydning af tetracyclinhydrochlorid gennem fotopiezokatalyse

Et hold af materialeforskere skitserede for nylig tilstanden af ​​inducering af piezoelektricitet i forvrænget rutil TiO₂ til forbedret nedbrydning af tetracyclinhydrochlorid gennem fotopiezokatalyse. Holdet blev ledet af prof. Qi Li fra Southwest Jiaotong University i Chengdu, Kina.

Forskellige materialedesignstrategier er blevet udviklet for at forbedre den fotokatalytiske ydeevne af TiO₂ . Der er dog ingen rapport tilgængelig om anvendelser af fotopiezokatalysestrategien på TiO₂ på grund af dens mangel på piezoelektricitet.

Her udviklede de en lavtemperatursmeltet saltætsningsproces for at skabe rutil TiO₂ nanopartikler ved ætsning [MgO₆ ] oktaeder væk fra MgTiO₃ ved smeltet NH₄ Cl, hvorunder der opstod en gitterforvrængning i TiO₂ . Gitterforvrængning fører til en piezoelektrisk reaktion i prøven, som derefter påføres inden for fotokatalyse, hvilket forbedrer nedbrydningsevnen af ​​antibiotika.

Holdet offentliggjorde deres papir i Journal of Advanced Ceramics .

I dette papir blev en lavtemperatursmeltet saltætsningsproces udviklet med MgTiO₃ som råvare og NH₄ Cl som smeltet salt. Ved at ætse [MgO₆ ] oktaeder væk fra MgTiO₃ i denne specifikke synteseproces, rutil TiO₂ nanopartikler (ER-TiO₂ prøve) blev skabt med forvrænget krystalgitter som demonstreret af XRD Rietveld-forfiningsanalysen.

Ved at bryde struktursymmetrien af ​​rutil TiO₂ gennem gitterforvrængningen, ER-TiO₂ prøven blev udstyret med en usædvanlig og interessant piezoelektrisk respons for første gang som afsløret af piezoelectric response force microscopy (PFM) analyse.

Som en vigtig form for ny forurening vækker forureningen fra farmaceutiske og personlige plejeprodukter (PPCP'er) stigende bekymring. Tetracyclinhydrochlorid (TC-HCl) er et almindeligt anvendt bredspektret antibiotikum, og dets frigivelse i vand og jord forårsager alvorlige miljøforureningsproblemer og udgør en trussel mod mennesker.

Gennem introduktionen af ​​piezoelektricitet blev det fundet, at ER-TiO₂ prøven havde en forbedret fotokatalytisk nedbrydningseffekt på tetracyclinhydrochlorid (TC-HCl) under synligt lys end dens kommercielt tilgængelige rutil TiO₂ modstykke til nanopartikler.

Mere væsentligt var dets TC-HCl-nedbrydningseffektivitet stort set forbedret med 71 % end dens fotokatalytiske nedbrydningsydelse, når den synergistiske fotopiezokatalytiske effekt var til stede.

"Fotopiezokatalyse-tilgangen kunne være en ny strategi for den fotokatalytiske ydeevneforbedring af TiO₂ fra introduktionen af ​​piezoelektricitet i den gennem skabelsen af ​​gitterforvrængning," sagde prof. Li.

Andre bidragydere omfatter Jinghui Wang fra Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang, Kina.

Flere oplysninger: Taotao Xia et al., Inducering af piezoelektricitet i forvrænget rutil TiO₂ for forbedret nedbrydning af tetracyclinhydrochlorid gennem fotopiezokatalyse, Journal of Advanced Ceramics (2024). DOI:10.26599/JAC.2024.9220855

Leveret af Tsinghua University Press