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Dec 17, 2023

Photosensibilisation des microsphères de TiO2 par la nouvelle Quinazoline

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 12929 (2023) Citer cet article 485 Accès 3 Détails Altmetric Metrics La pollution de l'eau est l'une des menaces mondiales qui affectent gravement notre planète et

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12929 (2023) Citer cet article

485 accès

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La pollution de l’eau est l’une des menaces mondiales qui affectent gravement notre planète et la santé humaine. Les colorants textiles organiques sont l’un des polluants organiques courants de l’eau qui sont susceptibles d’être dégradés par les méthodes physiques traditionnelles. La photocatalyse assistée par semi-conducteurs est considérée comme une technologie verte, efficace et durable pour le traitement des eaux usées. Pour maximiser l'utilisation efficace du rayonnement solaire, il est d'une importance cruciale d'explorer de nouvelles molécules organiques à utiliser comme sensibilisateurs de colorants efficaces pour les semi-conducteurs à large bande interdite afin d'étendre leurs performances à la région de la lumière visible. Par conséquent, dans ce travail, nous proposons la conception et la synthèse de nouvelles structures de molécules QAD en tant que photosensibilisateur à colorant avec une absorption étendue de la lumière visible en raison des conjugaisons étendues π – π/n – π, afin de promouvoir les performances des nanoparticules de TiO2 au niveau Région de lumière visible et améliore la séparation des charges. Les caractérisations physicochimiques ont confirmé la synthèse réussie d'échantillons QAD, TiO2 et QAD/TiO2 avec les structures proposées. L'ancrage des molécules QAD à la surface du TiO2 a entraîné une amélioration substantielle des caractéristiques optiques du TiO2 et a surmonté ses inconvénients courants en diminuant son énergie de bande interdite à 2,6 eV, une réduction remarquable de l'intensité du PL indiquant une réduction de la recombinaison e-h et amélioration de la séparation des charges et création d'une antenne efficace de collecte de lumière visible dans la plage de 400 à 600 nm. En outre, l’échantillon QAD/TiO2 a permis d’obtenir une multiplication par 3 de la constante de vitesse observée de la photodégradation du colorant Rhodamine B par rapport au TiO2 nu. Les paramètres affectant le processus de photodégradation ont été optimisés et l'échantillon a affiché une stabilité exceptionnelle après 4 cycles consécutifs. Enfin, l'effet des charognards a été étudié et il a été proposé que \({\mathrm{O}}_{2}^{\cdot -}\) soit l'espèce la plus réactive et le mécanisme d'amélioration a été suggéré sur la base de la injection d'électrons du niveau HOMO du QAD vers le CB du TiO2. Enfin, ce travail ouvre la porte à diverses études pour l'investigation des structures proposées ou des structures similaires dans diverses applications photocatalytiques/biomédicales.

La photocatalyse à base de semi-conducteurs basée sur la lumière visible est devenue l'une des stratégies vertes les plus efficaces pour la récolte et l'utilisation efficaces de l'irradiation solaire incidente afin de catalyser le processus chimique en convertissant l'énergie solaire éternellement accessible en énergie chimique précieuse à appliquer à des fins cruciales. tels que le traitement des eaux usées, la production d'hydrogène, la production d'ammoniac, les cellules solaires et la réduction du dioxyde de carbone1,2,3,4,5,6. Parmi les différents photocatalyseurs, les nanoparticules de TiO2 peuvent être considérées comme les semi-conducteurs les plus fréquemment utilisés en raison de leur disponibilité, de leur faible coût, de leur non-toxicité, de leur activité photocatalytique exceptionnelle et de leur longue durabilité7,8,9,10,11,12. Néanmoins, l'énergie de bande interdite relativement large (3,20 eV pour Anatase) et le taux de recombinaison e-h rapide entravent les applications industrielles des photocatalyseurs TiO2 nus ; cela a mis en lumière le besoin crucial de trouver des photocatalyseurs actifs à la lumière visible abordables, robustes, efficaces et innovants5,13,14. Au cours des deux dernières décennies, de nombreuses tentatives ont été faites pour améliorer le comportement photocatalytique des photocatalyseurs à large bande interdite (par exemple TiO2 et ZnO) en étendant leur absorbance optique à la gamme de la lumière visible et en améliorant la séparation des charges par différentes approches, notamment le dopage métal/non-métal. /co-dopage4,7, couplage semi-conducteur15,16,17, couplage avec des matériaux carbonés8,18 et sensibilisation aux colorants19,20,21.

En tant que simulation du processus de photosynthèse chez les plantes, la sensibilisation aux colorants s'avère être l'une des approches les plus prometteuses pour améliorer les caractéristiques optiques et photocatalytiques des nanoparticules de TiO219,20,21,22,23,24,25,26. Dans nos travaux précédents sur les nanoparticules de TiO2 à base de porphyrine 19,20, nous avons remarqué que l'ancrage de la tétra (4-carboxyphényl) porphyrine (TCPP) provoquait une amélioration substantielle de l'ensemble des caractéristiques optiques et des performances photocatalytiques du photocatalyseur TiO2 par (1) diminuant les taux de recombinaison e – h, (2) améliorant la durée de vie et (3) réduisant l'énergie de la bande interdite à environ 2,6 eV, en plus de (4) établissant une antenne exceptionnelle de collecte de lumière visible pour surmonter leur inactivité dans le visible plage de lumière et (5) doublant l'activité photocatalytique du photocatalyseur TCPP/TiO2 vers la photodégradation de la rhodamine B (RB). Outre la grande capacité d’absorption exceptionnelle du TCPP en tant que photosensibilisant, il souffre d’une instabilité dans les milieux alcalins (pH > 10)19. De même, M. Sedghi22 et al. étudié l'effet du TCPP pour améliorer le TiO2/Al et déplacer sa réponse vers la région visible ; cependant, le pourcentage d'élimination du RB obtenu n'était que de 29,19 %. E. Valadez-Renteria et al.24 ont utilisé la chlorophylle verte comme photosensibilisateur efficace du composite TiO2: W qui dégradait efficacement le colorant RB, mais une réduction d'environ 20 % de l'activité a été observée après le 3ème cycle. Zyoud et al.23 ont synthétisé des nanoparticules de TiO2 sensibilisées à l'anthocyanine pour la photodégradation efficace de la phénazopyridine sous une lumière solaire simulée qui atteignent un pourcentage de dégradation élevé (> 90 %) ; cependant, le % de dégradation a diminué jusqu'à environ 55 % après la deuxième utilisation en raison de la perte du photosensibilisateur.