Engenharia de defeito de superfície controlável em trichalcogenide de metal de transição
p A Figura (a-f) mostra o processo esquemático da transformação do trissulfeto de zircônio monoclínico, ZrS3 (ICCD PDF no. 30-1498) em sulfeto de zircônio hexagonal, ZrS2 (ICCD PDF no. 11-0679) das visualizações [010] (a-c) e [001] (d-f). Sob tratamento térmico em condições de vácuo, ZrS3 (a, d) libera íons de enxofre para formar uma estrutura de cristal distorcida de ZrS2 (b, e). A estrutura de cristal distorcida com as lacunas de enxofre, então, sofre relaxamento estrutural, ajustando o comprimento e o ângulo de suas ligações (c, f). A figura (geh) mostra os diferentes tipos de vacâncias de enxofre. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão de varredura de campo escuro anular de alto ângulo (HAADF-STEM) de (g) ZrS3 com vacâncias S22 e (h) ZrS3 com vacâncias S22- e S2- medidas a partir de um microscópio eletrônico de transmissão corrigido para aberração esférica ( TEM). Inserção:a rede cristalina de ZrS3 ao longo da orientação [001]. Os círculos vermelhos e amarelos representam as vagas S22-e S2-, respectivamente. Crédito: Nature Communications
p Os cientistas da NUS desenvolveram um método para a introdução controlável de dois tipos diferentes de vacâncias de enxofre no trissulfeto de zircônio (ZrS
3 ) transformando-o em um fotocatalisador eficiente para peróxido de hidrogênio (H
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2 ) geração e oxidação de benzilamina. p A introdução de defeitos pode causar mudanças inesperadas nas propriedades físicas e químicas dos materiais. Como resultado, a engenharia de defeitos tem sido uma ferramenta versátil para o desenvolvimento de fotocatalisadores mais eficientes em reações químicas. Em aplicações fotocatalíticas, a introdução de defeitos pode ter um impacto significativo na absorção óptica, dinâmica da portadora de carga, e a cinética de catálise de superfície dos materiais. Uma melhor compreensão das relações estrutura-atividade trazidas pela introdução desses defeitos pode resultar no desenvolvimento de materiais fotocatalíticos mais eficientes.
p Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof Chen Wei dos Departamentos de Física e Química, A Universidade Nacional de Cingapura desenvolveu um método para introdução controlável de dois tipos diferentes de defeitos, os ânions dissulfeto (S
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) e o íon sulfeto (S
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) vagas em ZrS
3 nanobelts (Figura (a) a (f)). The ZrS
3 nanobelts são longas nanoestruturas unidimensionais que se parecem com fitas. Os pesquisadores descobriram que o S
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e S
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as vagas podem ser introduzidas no material do nano-cinto por meio de dois métodos diferentes (Figura (g) e (h)). Para s
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vagas, isso envolve o recozimento do ZrS
3 nanobelt a 700 ℃ sob condições de vácuo. Para s
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vagas, um método hidrotérmico à base de lítio é usado. Variando o tempo de recozimento (10, 15, e 20 minutos) e quantidade de lítio presente, ZrS de engenharia de defeito
3 material com quantidade variável de S
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vagas e S
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vagas podem ser obtidas.
p Os pesquisadores descobriram que este defeito gerou ZrS
3 material pode aumentar a produção fotocatalítica de H
2 O
2 juntamente com a oxidação seletiva da benzilamina a benzonitrila na água. Eles investigaram sistematicamente os efeitos do S
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e S
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vacâncias na dinâmica do portador de carga e desempenho fotocatalítico. Os resultados da pesquisa mostram que o S
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as vagas podem facilitar significativamente a separação dos portadores de carga fotogerada. Separadamente, o S
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as vacâncias não só promovem a condução de elétrons e extração de lacunas no processo fotocatalítico, mas também melhoram a cinética de oxidação da benzilamina. Esses dois tipos diferentes de vagas no ZrS
3 o material trabalha em conjunto para melhorar o desempenho da reação fotocatalítica. Sob iluminação por uma luz solar simulada, o ZrS
3 material produz H
2 O
2 e benzonitrila a uma taxa de 78,1 ± 1,5 e 32,0 ± 1,2 μmol h
-1
respectivamente.
p O professor Chen disse, "Nossos resultados de pesquisa abrem um novo caminho para a engenharia de defeitos e prometem uma estratégia potencial para o estudo das relações estrutura-atividade para o projeto e desenvolvimento de fotocatalisadores mais eficientes."
