Фотокатализатор на основе гетероперехода CuS/Fe₂TiO₅ для высокоэффективной фотокаталитической деградации родамина Б

Пористый Fe2TiO5 получен золь-гель методом, CuS выращен in situ на его поверхности с помощью гидротермального процесса, что позволило успешно синтезировать гетеропереходные композиты CuS/Fe2TiO5. Композиты CuS/Fe2TiO5 охарактеризованы с помощью рентгеновской дифракции (XRD), просвечивающей электронной микроскопии (TEM), спектроскопии диффузного отражения в УФ-видимой области (UV-Vis) и анализа Брунауэра–Эмметта–Теллера (BET). Показано, что CuS равномерно распределен по поверхности Fe2TiO5 с межплоскостными расстояниями 0.3550 и 0.2972 нм, соответствующими CuS и Fe2TiO5, примесных фаз не наблюдалось. Создание гетероперехода привело к искажению октаэдров TiO6 на границе раздела, что вызвало появление нового максимума поглощения в УФ-области. Среди образцов композит 20 мас.% CuS/Fe2TiO5 (20CuF2) показал удельную площадь поверхности (SBET = 6.17 м²/г), находящуюся между значениями для CuS (SBET = 4.87 м²/г) и Fe2TiO5 (SBET = 7.71 м²/г). Его ширина запрещенной зоны скорректирована до 1.78 эВ, а интенсивность фотолюминесценции значительно снижена. Гетеропереходный композит CuS/Fe2TiO5 использован для ускорения разложения родамина Б, достигнута эффективность разложения 91.8%. Разработанные катализаторы обеспечивают эффективное разложение загрязняющих веществ в сточных водах, предоставляя перспективную техническую основу для разработки и применения катализаторов.

1. A. Zarandona, H. Salazar, M. Insausti, S. Lanceros-Méndez, Q. Zhang, Chemosphere, 357, 142069 (2024).

2. U. Shanker, M. Rani, V. Jassal, Environ. Chem. Lett., 15, No. 4, 623–642 (2017).

3. M. Surana, D. S. Pattanayak, V. Yadav, V. K. Singh, D. Pal, Environ. Res., 247, 118268 (2024).

4. S. Areecheewakul, A. Adamcakova-Dodd, B. E. Givens, B. R. Steines, Y. Wang, D. K. Meyerholz, N. J. Parizek, R. Altmaier, E. Haque, P. T. O’Shaughnessy, A. K. Salem, P. S. Thorne, NanoImpact, 18, 100214 (2020).

5. C. Xia, H. Wang, J. K. Kim, J. Wang, Adv. Funct. Mater., 31, No. 12, 2008247 (2021).

6. B. Szadkowski, W. Maniukiewicz, P. Rybiński, E. Beyou, A. Marzec, J. Environ. Chem. Eng., 10, No. 5, 108268 (2022).

7. H. D. Ngo, T. D. Ngo, A. Tamanai, K. Chen, N. T. Cuong, O. S. Handegard, A. Pucci, N. Umezawa, T. Nabatame, T. Nagao, Cryst. Eng. Comm., 21, No. 1, 34–40 (2019)

8. Y. Song, L. Yang, H. Wang, X. Sun, S. Bai, N. Wang, J. Liang, L. Zhou, Environ. Technol., 42, No. 15, 2325–2334 (2021).

9. M. Ulfa, Nina, I. Pangestuti, Holilah, H. Bahruji, Y. Rilda, S. H. Alias, H. Nur, S. Afr. J. Chem. Eng., 50, 245–260 (2024).

10. P. Zhang, X. F. Lu, D. Luan, X. W. Lou, Angew. Chem. Int. Ed., 59, No. 21, 8128–8132 (2020).

11. M. Wang, X. Wu, K. Huang, Y. Sun, Y. Zhang, H. Zhang, J. He, H. Chen, J. Ding, S. Feng, Nanoscale, 10, No. 14, 6678–6683 (2018).

12. M. K. Guediri, D. Chebli, A. Bouguettoucha, R. Bourzami, A. Amrane, Environ. Sci. Poll. Res., 28, No. 7, 8507–8519 (2021).

13. L. Zhang, B. Ding, Z. Hao, H. Li, C. Xia, Z. Zhu, B. Dong, L. Cao, J. Catal., 426, 319–327 (2023).

14. J. Zhang, R. Shi, Z. Zhang, D. Guo and Q. Zhang, Appl. Surf. Sci., 639, 158269 (2023).

15. X. Jia, J. Zhang, Q. Huang, C. Xiong, H. Ji, Q. Ren, Z. Jin, S. Chen, W. Guo, J. Chen, Y. Ge, Y. Ding, Environ. Res., 241, 117639 (2024).

16. T. P. Yendrapati, A. Gautam, S. Bojja, U. Pal, Sol. Energy, 196, 540–548 (2020).

17. K. K. Saravanan, P. SivaKarthik, J. Cluster Sci., 31, No. 2, 401–407 (2020).

18. M. Ahmad Pandit, S. Billakanti, K. Muralidharan, J. Environ. Chem. Eng., 8, No. 5, 103542 (2020).

19. X. Luo, P. Zhu, J. Zeng, T. Liang, Q. Qiu, Inorg. Chem., 63, No. 31, 14425–14437 (2024).

20. T. Charitha, U. Leshan, M. Shanitha, W. Ramanee, L. Buddi, B. Martin, Results in Materials, 12, 100219 (2021).

21. B. Pejjai, M. Reddivari, T. R. R. Kotte, Mater. Chem. Phys., 239, 122030 (2020).

22. P. Zhu, Y. Li, F. Chen, X. Luo, Y. Zhou, Q. Qiu, T. Xie, J. Alloys Compd., 937, 168425 (2023).

23. A. Sulowska, A. Fiszka Borzyszkowska, M. Pisarek, K. Trzciński, A. Zielińska-Jurek, Adv. Powder Technol., 35, No. 8, 104565 (2024).

24. K. V. Ivanov, A. V. Noskov, O. V. Alekseeva, A. V. Agafonov, Mater. Chem. Phys., 299, 127493 (2023).

25. J. Zhang, F. Zhang, X. Liu, D. Cao, Y. Chen, F. Zhang, B. Mi, Z. Gao, J. Photoch. Photobiol. A, 452, 115608 (2024).

26. I. Savarimuthu, M. J. A. M. Susairaj, ACS Omega, 7, No. 5, 4140–4149 (2022).

27. C. Wei, J. Xu, S. Shi, Y. Bu, R. Cao, J. Chen, J. Xiang, X. Zhang, L. Li, J. Colloid Interface Sci., 577, 279–289 (2020).

28. H. Wang, X. Li, L. Tang, Physica B, 556, 31–35 (2019).

29. J. Li, F. L. Deepak, Chem. Rev., 122, No. 23, 16911–16982 (2022).

30. X. Wu, L. Liu, M. Xia, S. Huang, Y. Zhou, W. Hu, Z. Zhou, N. Zhou, Ceram. Int., 45, No. 8, 9977–9985 (2019).

31. G. Hu, X. Wang, Z. Yuan, Y. Xinba, H. Wuliji, Acta Chim. Sinica, 83, No. 3, 229 (2025).

32. H. Yang, Mater. Res. Bull., 142, 111406 (2021).

33. B. Yu, F. Meng, T. Zhou, A. Fan, M. W. Khan, H. Wu, X. Liu, Ceram. Int., 47, No. 7, 8849–8858 (2021).

34. M. Lin, H. Chen, Z. Zhang and X. Wang, PCCP, 25, No. 6, 4388–4407 (2023).

35. Y. Wang, Q. Liu, N. H. Wong, J. Sunarso, J. Huang, G. Dai, X. Hou, X. Li, Ceram. Int., 48, No. 2, 2459–2469 (2022).

36. G. Rytwo, A. L. Zelkind, Catalysts, 12, No. 1, 24 (2021).

37. D. Xu, S. N. Zhang, J. S. Chen, X. H. Li, Chem. Rev., 123, No. 1, 1–30 (2023).

38. Z. Fu, T. Jiang, Z. Liu, D. Wang, L. Wang, T. Xie, Electrochim. Acta, 129, 358–363 (2014).

39. B. Yu, Y. Wu, F. Meng, Q. Wang, X. Jia, M. Wasim Khan, C. Huang, S. Zhang, L. Yang, H. Wu, Chem. Eng. J., 429, 132456 (2022).