Visible light-driven photocatalyst composites based on clay minerals including Fe impurities as a reaction field

基于含铁杂质的粘土矿物作为反应场的可见光驱动光催化剂复合材料

基本信息

批准号：
22K18998
负责人：
笹木圭子
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18998/
关键词：
粘土鉱物光触媒鉄イオン二酸化チタン光触媒複合体 DFT計算

项目摘要

本研究は、天然にある粘土鉱物とTiO2の光触媒複合体において、自然界に普遍的に存在するFe(III)の局在性によって、太陽光のもとで光触媒活性がどのように影響を受けるかを明らかにしようとした。有機汚染物質のモデルとしてフェノールを選び、酸化分解反応をモニタリングした。また還元反応のモデルとしてCr(VI)の還元無害化をモニタリングした。ともに紫外可視光を含むXeランプで光照射を行った。Fe(III)が粘土鉱物またはTiO2のいずれかに担持されている場合の複合体では、Fe(III)が粘土鉱物側に局在している場合のほうが光触媒活性は高くなった。粘土鉱物は本来不導体であるが、Fe(III)の置換型イオン交換によって電子トラップ準位ができ、光により電子励起が起きやすくなり、TiO2との接合があれば、励起電子はTiO2側の電子軌道を使うようになり、粘土鉱物内での再結合が起きにくくなるためと考えられる。一方、TiO2側にFe(III)ドープされている場合には、TiO2側の基底状態にある電子はより少ないエネルギーの光でも励起されやすくなるが、粘土鉱物側との電子の輸送は起きないため、再結合は起きやすいと解釈される。光触媒複合体、とくにTiO2成分の活性評価には、逆二重励起音響分光法による電子トラップ密度分布測定の結果が有効であった。以上のことから、地球表層環境で天然鉱物が光触媒の機能を担って、物質変換を加速する反応が生じ、そのことにFe(III)イオンは重要な役割を果たしていることが示唆された。

这项研究试图确定光催化活性如何在阳光下通过Fe（III）的定位影响，而Fe（III）普遍存在于自然粘土矿物和TiO2光催化复合物中。选择苯酚作为有机污染物的模型，并监测氧化分解反应。此外，作为还原反应的模型，监测了Cr（VI）的还原变性。两者都用含有紫外可见光的XE灯照射。在粘土矿物或TIO2上支持Fe（III）的复合物中，当Fe（III）定位在粘土矿物侧时，光催化活性更高。尽管粘土矿物最初是非导体，但人们认为电子陷阱水平是通过Fe（III）的替代离子交换而产生的，从而使电子激发更可能是由于光引起的，并且如果与TIO2有连接，则激发电子将在Tio2侧使用电子轨道，从而难以在粘土矿物内重新重现Bombombine。另一方面，当Fe（III）在TIO2侧掺杂时，即使能量较少的光线也没有用粘土矿物侧运输，Tio2侧的基态的电子也更有可能激发，但它被解释为可能发生。通过逆双激发声谱法进行电子陷阱密度分布测量的结果有效评估光催化复合物的活性，尤其是TIO2成分。以上表明，天然矿物质在表面环境中起着光催化剂的作用，导致反应加速材料的转化，而Fe（III）离子在其中起着重要作用。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Recent Clay-Based Photocatalysts for Wastewater Treatment

最近用于废水处理的粘土基光催化剂

DOI：
10.3390/separations10020077
发表时间：
2023
期刊：
Separations
影响因子：
2.6
作者：
Chuaicham Chitiphon;Trakulmututa Jirawat;Shu Kaiqian;Shenoy Sulakshana;Srikhaow Assadawoot;Zhang Li;Mohan Sathya;Sekar Karthikeyan;Sasaki Keiko
通讯作者：
Sasaki Keiko

Determination of the roles of FeIII in the interface between titanium dioxide and montmorillonite in FeIII-doped montmorillonite/titanium dioxide composites as photocatalysts