Ett team av materialforskare beskrev nyligen tillståndet för att inducera piezoelektricitet i förvrängd rutil TiO2 för förbättrad nedbrytning av tetracyklinhydroklorid genom fotopiezokatalys. Teamet leddes av prof. Qi Li från Southwest Jiaotong University i Chengdu, Kina.
Olika materialdesignstrategier har utvecklats för att förbättra den fotokatalytiska prestandan hos TiO2 . Det finns dock ingen rapport om tillämpningar av fotopiezokatalysstrategin på TiO2 på grund av sin brist på piezoelektricitet.
Här utvecklade de en lågtemperatursmält saltetsningsprocess för att skapa rutil TiO2 nanopartiklar genom etsning [MgO6 ] oktaedrar bort från MgTiO3 av smält NH4 Cl, under vilken en gitterförvrängning inträffade i TiO2 . Gitterdistorsion leder till ett piezoelektriskt svar i provet, som sedan appliceras inom fotokatalysområdet, vilket förbättrar nedbrytningsprestandan hos antibiotika.
Teamet publicerade sin artikel i Journal of Advanced Ceramics .
I detta dokument utvecklades en lågtemperatursmält saltetsningsprocess med MgTiO3 som råvara och NH4 Cl som smält salt. Genom att etsa [MgO6 ] oktaedrar bort från MgTiO3 i denna specifika syntesprocess, rutil TiO2 nanopartiklar (ER-TiO2 prov) skapades med förvrängt kristallgitter, vilket framgår av XRD Rietveld-förfiningsanalysen.
Genom att bryta struktursymmetrin hos rutil TiO2 genom gitterdistorsionen, ER-TiO2 provet försågs med en ovanlig och intressant piezoelektrisk respons för första gången som avslöjades av piezoelectric response force microscopy (PFM) analys.
Som en viktig typ av nya föroreningar, väcker föroreningen från läkemedel och personliga vårdprodukter (PPCP) ökande oro. Tetracyklinhydroklorid (TC–HCl) är ett allmänt använt bredspektrumantibiotikum, och dess utsläpp i vatten och mark orsakar allvarliga miljöföroreningsproblem och utgör ett hot mot människor.
Genom införandet av piezoelektricitet fann man att ER-TiO2 provet hade en förbättrad fotokatalytisk nedbrytningseffekt på tetracyklinhydroklorid (TC–HCl) under synligt ljus än dess kommersiellt tillgängliga rutil TiO2 motsvarighet till nanopartiklar.
Mer signifikant är att dess TC-HCl-nedbrytningseffektivitet till stor del förbättrades med 71 % än dess fotokatalytiska nedbrytningsprestanda när den synergistiska fotopiezokatalytiska effekten var närvarande.
"Fotopiezokatalysmetoden kan vara en ny strategi för den fotokatalytiska prestandaförbättringen av TiO2 från införandet av piezoelektricitet i den genom skapandet av gitterförvrängning", sa Prof. Li.
Andra bidragsgivare är Jinghui Wang från Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang, Kina.
Mer information: Taotao Xia et al, Inducering av piezoelektricitet i förvrängd rutil TiO2 för förbättrad nedbrytning av tetracyklinhydroklorid genom fotopiezokatalys, Journal of Advanced Ceramics (2024). DOI:10.26599/JAC.2024.9220855
Tillhandahålls av Tsinghua University Press
