Les scientifiques de NUS ont développé une méthode pour l'introduction contrôlable de deux types différents de lacunes de soufre dans le trisulfure de zirconium (ZrS 3 ) en le transformant en un photocatalyseur efficace pour le peroxyde d'hydrogène (H 2 O 2 ) génération et oxydation de la benzylamine.

L'introduction de défauts peut provoquer des changements inattendus dans les propriétés physiques et chimiques des matériaux. Par conséquent, l'ingénierie des défauts a été un outil polyvalent pour développer des photocatalyseurs plus efficaces dans les réactions chimiques. Dans les applications photocatalytiques, l'introduction de défauts peut avoir un impact important sur l'absorption optique, dynamique des porteurs de charge, et la cinétique de catalyse de surface des matériaux. Une meilleure compréhension des relations structure-activité induites par l'introduction de ces défauts peut conduire au développement de matériaux photocatalytiques plus efficaces.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Chen Wei des départements de physique et de chimie, L'Université nationale de Singapour a développé une méthode pour l'introduction contrôlable de deux types différents de défauts, les anions disulfure (S 2 ^2- ) et l'ion sulfure (S ^2- ) postes vacants en ZrS 3 nanoceintures (Figure (a) à (f)). Le ZrS 3 les nanoceintures sont de longues nanostructures unidimensionnelles qui ressemblent à des rubans. Les chercheurs ont découvert que le S 2 ^2- et S ^2- des lacunes peuvent être introduites dans le matériau de la nanoceinture par deux méthodes différentes (figure (g) et (h)). Pour S 2 ^2- postes vacants, cela implique le recuit du ZrS 3 nanobelt à 700℃ dans des conditions de vide. Pour S ^2- postes vacants, une méthode hydrothermale à base de lithium est utilisée. En faisant varier le temps de recuit (10, 15, et 20 min) et la quantité de lithium présente, défaut d'ingénierie ZrS 3 matériau avec une quantité variable de S 2 ^2- postes vacants et S ^2- des postes vacants peuvent être obtenus.

Les chercheurs ont découvert que ce défaut avait conçu le ZrS 3 matériau peut améliorer la production photocatalytique de H 2 O 2 couplée à l'oxydation sélective de la benzylamine en benzonitrile dans l'eau. Ils ont systématiquement étudié les effets de S 2 ^2- et S ^2- lacunes sur la dynamique des porteurs de charge et les performances photocatalytiques. Les résultats de leurs recherches montrent que le S 2 ^2- les lacunes peuvent considérablement faciliter la séparation des porteurs de charge photogénérés. Séparément, le S ^2- les lacunes favorisent non seulement la conduction électronique et l'extraction des trous dans le processus photocatalytique, mais elles améliorent également la cinétique de l'oxydation de la benzylamine. Ces deux types de postes vacants dans le ZrS 3 matériaux travaillent ensemble pour améliorer les performances de la réaction photocatalytique. Sous l'éclairage d'une lumière solaire simulée, le ZrS 3 matériau produit H 2 O 2 et le benzonitrile à un taux de 78,1 ± 1,5 et 32,0 ± 1,2 mol h ^-1 respectivement.

Le professeur Chen a dit, "Nos résultats de recherche ouvrent une nouvelle voie pour l'ingénierie des défauts et promettent une stratégie potentielle pour l'étude des relations structure-activité pour la conception et le développement de photocatalyseurs plus efficaces."