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Jun 22, 2023

MoS2 em camadas: eficaz e ambiental

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14148 (2023) Cite este artigo 2 Detalhes da Altmetric Metrics A degradação fotocatalítica é um método promissor para remover poluentes orgânicos persistentes

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14148 (2023) Citar este artigo

2 Altmétrico

Detalhes das métricas

A degradação fotocatalítica é um método promissor para remover poluentes orgânicos persistentes da água devido ao seu baixo custo (ver fotocatálise solar), alta mineralização de poluentes e baixo impacto ambiental. Fotocatalisadores baseados em dichalcogenetos de metais de transição (TMDs) têm atraído recentemente grande interesse científico devido às suas propriedades elétricas, mecânicas e ópticas únicas. Um fotocatalisador MoS2 da estrutura em camadas foi gerenciado para fotodegradar o azul de metileno (MB) sob irradiação de luz visível. O catalisador foi minuciosamente caracterizado usando medições SEM, AFM, XRD em pó, UV-Vis, Raman e XPS. A degradação fotocatalítica da solução MB foi conduzida nas seguintes condições: (i) redutiva e (ii) oxidativa. O impacto das propriedades ópticas e eletrônicas e da interação MoS2-MB na atividade fotocatalítica foi discutido. As constantes de taxa aparente (kapp) de degradação foram 3,7 × 10–3; 7,7 × 10–3; 81,7 × 10–3 min−1 para fotólise, fotocatálise oxidativa e fotocatálise redutiva. A comparação da eficiência de degradação do MB em processos redutores e oxidativos indica o importante papel da reação com o elétron de superfície. No processo de oxidação, o oxigênio reage com um elétron para formar um radical ânion superóxido envolvido em futuras transformações do corante, enquanto, no processo de redução, a adição de um elétron desestabiliza o anel cromóforo e leva à sua ruptura.

A atividade humana causa poluição da água com produtos químicos produzidos durante diversos processos tecnológicos. O uso crescente de produtos químicos se deve ao modo de vida atual e ao crescimento contínuo da população. Prevê-se que isto coloque mais pressão sobre os ecossistemas naturais e as populações humanas num futuro próximo. Portanto, o desenvolvimento de novas tecnologias de tratamento de águas residuais é uma questão ambiental importante. Nas últimas décadas, muita atenção tem sido dedicada ao desenvolvimento de novos métodos de tratamento de águas residuais1. Entre eles, a fotocatálise heterogênea parece ser muito promissora, mas os catalisadores mais eficazes são baseados em metais preciosos caros e raros, como platina e ouro. Pesquisas recentes2,3 indicam que os dichalcogenetos de metais de transição podem ser uma alternativa barata e prática aos catalisadores de metais preciosos.

Pontuações de molibdenita (MoS2) na família de dichalcogenetos de metais de transição (TMDs). O dissulfeto de molibdênio é um material em camadas com estrutura tipo sanduíche que revela muitas propriedades únicas4. Suas características permitem utilizá-lo como fotocatalisador. O MoS2 existe em três fases, duas fases semicondutoras estáveis ​​com uma estrutura prismática trigonal (2H e 3R) e uma fase metaestável octaédrica metálica (1T). Bulk MoS2 tem um band gap indireto de ~ 1,2 eV, que muda para um band gap direto de ~ 1,9 eV após a redução das camadas . Indica que o material tem um forte efeito de absorção da luz solar. Os nanomateriais MoS2 proporcionam boa atividade catalítica devido à alta resposta de absorção na faixa de comprimento de onda visível. A desvantagem deste material é a rápida recombinação de pares elétron-buraco fotogerados . A separação de carga pode ser melhorada aumentando a proporção entre os locais das bordas metálicas (planície das bordas 100) e a face (plano basal 002). Os centros ativos do catalisador estão concentrados principalmente nos locais de borda e nas vagas S, e seu plano basal é considerado quimicamente inerte. A borda do cristal possui alta energia superficial, o que torna o MoS2 capaz de reagir rapidamente com o oxigênio. Além disso, o MoS2 de camada única possui excelente mobilidade de portadores de carga, tão boa quanto a dos nanotubos de carbono7.

Esforços consideráveis ​​​​têm sido feitos para investigar a atividade catalítica de várias nanoestruturas de MoS2, como nanopartículas, mesoporos, nanofios, MoS2 amorfo, filmes finos e camadas de MoS2 quimicamente esfoliadas. O MoS2 tem sido utilizado na engenharia ambiental para o tratamento de poluentes orgânicos tanto por adsorção quanto por degradação fotocatalítica8,9,10,11,12,13,14.