Team induziert Piezoelektrizität für verbesserten Abbau von Tetracyclinhydrochlorid durch Photopiezokatalyse

Ein Team von Materialwissenschaftlern hat kürzlich den Stand der Induktion von Piezoelektrizität in verzerrtem Rutil-TiO2 zur verbesserten Zersetzung von Tetracyclinhydrochlorid durch Photopiezokatalyse beschrieben. Das Team wurde von Prof. Qi Li von der Southwest Jiaotong University in Chengdu, China, geleitet.

Es wurden verschiedene Materialdesignstrategien entwickelt, um die photokatalytische Leistung von TiO2 zu verbessern. Aufgrund des Mangels an Piezoelektrizität liegt jedoch kein Bericht über die Anwendung der Photopiezokatalysestrategie auf TiO2 vor.

Hier entwickelten sie ein Niedrigtemperatur-Ätzverfahren mit geschmolzenem Salz, um Rutil-TiO2-Nanopartikel durch Ätzen zu erzeugen. [MgO6] Oktaeder werden durch geschmolzenes NH4Cl von MgTiO3 weggedrängt, wobei es zu einer Gitterverzerrung im TiO2 kommt. Die Gitterverzerrung führt zu einer piezoelektrischen Reaktion in der Probe, die dann im Bereich der Photokatalyse eingesetzt wird und die Abbauleistung von Antibiotika verbessert.

Das Team veröffentlicht ihr Papier im Zeitschrift für moderne Keramik.

In diesem Artikel wurde ein Niedertemperatur-Ätzverfahren mit geschmolzenem Salz entwickelt, mit MgTiO3 als Rohstoff und NH4Cl als geschmolzenem Salz. Durch Ätzen [MgO6] Oktaeder von MgTiO3 entfernt. In diesem speziellen Syntheseprozess wurden Rutil-TiO2-Nanopartikel (die ER-TiO2-Probe) mit verzerrtem Kristallgitter erzeugt, wie die XRD-Rietveld-Verfeinerungsanalyse zeigte.

Durch das Brechen der Struktursymmetrie von Rutil-TiO2 mittels Gitterverzerrung wurde die ER-TiO2-Probe erstmals mit einer ungewöhnlichen und interessanten piezoelektrischen Reaktion ausgestattet, wie die Analyse mittels piezoelektrischer Reaktionskraftmikroskopie (PFM) zeigte.

Als eine wichtige Art neu auftretender Schadstoffe gibt die Verunreinigung durch Arzneimittel und Körperpflegeprodukte (PPCPs) zunehmend Anlass zur Sorge. Tetracyclinhydrochlorid (TC-HCl) ist ein häufig verwendetes Breitbandantibiotikum, und sein Ausstoß in Wasser und Boden verursacht ernsthafte Umweltverschmutzungsprobleme und stellt eine Gefahr für den Menschen dar.

Durch die Einführung von Piezoelektrizität wurde festgestellt, dass die ER-TiO2-Probe unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht eine verbesserte photokatalytische Abbauwirkung auf Tetracyclinhydrochlorid (TC-HCl) aufwies als das im Handel erhältliche Gegenstück aus Rutil-TiO2-Nanopartikeln.

Noch wichtiger ist, dass die Abbaueffizienz von TC–HCl um 71 % höher war als die photokatalytische Abbauleistung, wenn der synergistische photopiezokatalytische Effekt vorhanden war.

„Der Ansatz der Photopiezokatalyse könnte eine neuartige Strategie zur photokatalytischen Leistungssteigerung von TiO2 durch die Einführung von Piezoelektrizität mittels Gitterverzerrung sein“, sagte Prof. Li.

Zu den weiteren Mitwirkenden gehört Jinghui Wang vom Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang, China.