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Aug 27, 2023

MoS2 stratificato: efficace e ambientale

Scientific Reports volume 13, numero articolo: 14148 (2023) Cita questo articolo 2 Dettagli sulle metriche alternative La degradazione fotocatalitica è un metodo promettente per la rimozione degli inquinanti organici persistenti

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 14148 (2023) Citare questo articolo

2 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

La degradazione fotocatalitica è un metodo promettente per rimuovere gli inquinanti organici persistenti dall'acqua a causa del suo basso costo (vedi fotocatalisi ad energia solare), dell'elevata mineralizzazione degli inquinanti e del basso impatto ambientale. I fotocatalizzatori basati sui dichalcogenuri di metalli di transizione (TMD) hanno recentemente suscitato un grande interesse scientifico grazie alle loro proprietà elettriche, meccaniche e ottiche uniche. Un fotocatalizzatore MoS2 della struttura stratificata è stato riuscito a fotodegradare il blu di metilene (MB) sotto irradiazione di luce visibile. Il catalizzatore è stato caratterizzato in modo approfondito utilizzando misurazioni SEM, AFM, polvere XRD, UV-Vis, Raman e XPS. La degradazione fotocatalitica della soluzione MB è stata condotta nelle seguenti condizioni: (i) riduttiva e (ii) ossidativa. È stato discusso l'impatto delle proprietà ottiche ed elettroniche e dell'interazione MoS2-MB sull'attività fotocatalitica. Le costanti di velocità apparenti (kapp) di degradazione erano 3,7 × 10–3; 7,7 × 10–3; 81,7 × 10–3 min−1 per fotolisi, fotocatalisi ossidativa e fotocatalisi riduttiva. Il confronto dell'efficienza di degradazione del MB nei processi riduttivi e ossidativi indica l'importante ruolo della reazione con l'elettrone di superficie. Nel processo di ossidazione l'ossigeno reagisce con un elettrone per formare un radicale anionico superossido coinvolto in ulteriori trasformazioni del colorante, mentre nel processo di riduzione l'aggiunta di un elettrone destabilizza l'anello cromoforo e ne provoca la rottura.

L'attività umana provoca l'inquinamento dell'acqua con sostanze chimiche prodotte durante vari processi tecnologici. Il crescente utilizzo di prodotti chimici è dovuto allo stile di vita attuale e alla continua crescita della popolazione. Si prevede che ciò eserciterà una maggiore pressione sugli ecosistemi naturali e sulle popolazioni umane nel prossimo futuro. Pertanto, lo sviluppo di nuove tecnologie di trattamento delle acque reflue rappresenta un’importante questione ambientale. Negli ultimi decenni molta attenzione è stata dedicata allo sviluppo di nuovi metodi di trattamento delle acque reflue1. Tra questi, la fotocatalisi eterogenea sembra essere molto promettente, ma i catalizzatori più efficaci sono basati su metalli preziosi costosi e rari come platino e oro. Ricerche recenti2,3 indicano che i dichalcogenuri di metalli di transizione possono rappresentare un'alternativa economica e pratica ai catalizzatori di metalli preziosi.

Punteggi della molibdenite (MoS2) nella famiglia dei dicalcogenuri dei metalli di transizione (TMD). Il bisolfuro di molibdeno è un materiale stratificato con struttura a sandwich che rivela molte proprietà uniche4. Le sue caratteristiche ne permettono l'utilizzo come fotocatalizzatore. Il MoS2 esiste in tre fasi, due fasi semiconduttrici stabili con una struttura prismatica trigonale (2H e 3R) e una fase metastabile ottaedrica metallica (1T). Il MoS2 sfuso ha un gap di banda indiretto di ~ 1,2 eV, che cambia in un gap di banda diretto di ~ 1,9 eV dopo la riduzione degli strati5. Indica che il materiale ha un forte effetto di assorbimento della luce solare. I nanomateriali MoS2 forniscono una buona attività catalitica grazie all'elevata risposta di assorbimento nella gamma di lunghezze d'onda visibili. Lo svantaggio di questo materiale è la rapida ricombinazione delle coppie elettrone-lacuna fotogenerate6. La separazione della carica può essere migliorata aumentando il rapporto tra i siti dei bordi metallici (piana dei bordi 100) e la faccia (piano basale 002). I centri attivi del catalizzatore sono concentrati principalmente nei siti marginali e nei posti vacanti S, e il suo piano basale è considerato chimicamente inerte. Il bordo del cristallo ha un'elevata energia superficiale, che rende il MoS2 in grado di reagire rapidamente con l'ossigeno. Inoltre, il MoS2 a strato singolo ha un’eccellente mobilità dei portatori di carica, buona quanto quella dei nanotubi di carbonio7.

Sono stati compiuti sforzi considerevoli per studiare l'attività catalitica di varie nanostrutture di MoS2, come nanoparticelle, mesopori, nanofili, MoS2 amorfo, film sottili e strati di MoS2 esfoliati chimicamente. Il MoS2 è stato utilizzato in ingegneria ambientale per il trattamento degli inquinanti organici sia mediante adsorbimento che tramite degradazione fotocatalitica8,9,10,11,12,13,14.