ポリアニリンとCeO2で共装飾されたTiO2ナノチューブアレイの簡単な準備と特性評価およびその非常に効率的な光電気触媒活性

要約

本研究では、ポリアニリンとCeO ₂ 共同装飾されたTiO ₂ ナノチューブアレイ（PANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTA）は電気化学的方法で容易に調製されました。準備されたままの材料は、走査型電子顕微鏡（SEM）、X線回折計（XRD）、およびエネルギー分散型X線分光法（EDS）によって特徴づけられました。調製したままの材料の光電気触媒活性を、テトラブロモビスフェノールA（TBBPA）をターゲット分析物として調査し、データは、PANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTAは、他の材料よりもはるかに高い光電気触媒効率をもたらしました。最適な条件下では、TBBPAの分解率は、シミュレートされた太陽照射下で120分で96％を超える最大値に達しました。結果は、CeO ₂ およびPANI共修飾TiO ₂ NTAは、バンドギャップを狭め、紫外線（UV）から可視領域への応答を拡大し、活性フリーラジカルの量を増やし、電子正孔対の再結合率を抑制し、最終的にTBBPAへの分解効率を高めることができます。 Ce ³⁺ / Ce ⁴⁺ とPANI。さらに、分解反応は一次反応速度に従い、繰り返された実験の分解速度は、10回の実行ですべて92％を超えていました。これらすべての結果は、この新しい触媒がTBBPAやその他の汚染物質を除去するための強力な光電気触媒として大きな可能性を秘めていることを示しています。

はじめに

世界中の工業化の急速な発展は、無機または有機汚染物質を含むさまざまな種類の毒物を含むさまざまな汚染物質の生成につながりました。これらの汚染物質の毒性作用は、環境と人間の健康に深刻な脅威をもたらし、より多くの注目を集めています。したがって、これらの汚染物質の効率的でクリーンな分解技術の開発により多くの注意が向けられてきました。便利で経済的で強化された従来の処理技術である光触媒は、これらの有機汚染物質を除去するための重要な技術です[1]。この技術が関与する場合、コア部分は光触媒です。最近、不均一な光触媒、特にTiO ₂ および関連材料は、その低コスト、安定した化学的、非毒性、および狭バンドギャップ特性のために最も注目されています。 TiO ₂ ベースの触媒材料は、汚染された空気や水中の有毒で危険な有機汚染物質を効果的に除去するために使用されることが証明されています。これは環境保護にとって非常に重要です[2,3,4]。テトラブロモビスフェノールA（TBBPA）は、臭素系難燃剤（BFR）の1つであり、BFR市場全体の約60％を占め、衣類、おもちゃ、電子機器、プラスチック、自動車、繊維製品で可燃性を低減するために一般的に使用されています。 TBBPAは、水、土壌、空気、堆積物、さらには人間の血液や母乳などのさまざまなマトリックスに含まれています[5、6]。 TBBPAは内分泌かく乱物質として人間の健康に深刻な影響を与えると報告されています[7]。したがって、TBBPAの急速な分解技術を開発するには、環境モニタリングと人間の健康保護の両方が必要です。

現在、多くの研究により、TiO ₂ 独自の弱点があります。その比較的広いバンドギャップ（〜3.20 eV）は、その産業用途の主な制限です。つまり、TiO ₂ 387 nm未満の波長の照射によってのみ活性化でき、UV光に敏感です[8、9、10、11]。 TiO 2 。 TiO ₂の表面にAu、Ag、Pt、Pdの貴金属が堆積していることが証明されています。材料の表面特性を変更し、触媒能力を高めることができます[17、18]。他方、金属酸化物は、別の効果的な官能化修飾材料であり得る。 CeO ₂のバンドギャップは約2.92eVであり、Ce ³⁺ などのCeの可変原子価およびCe ⁴⁺ CeO ₂を作成する電子を転送し、光生成された電子正孔対の再結合を妨げる優れた能力を備えているため、CeO ₂ TiO ₂の光触媒能力を高める魅力的な改質材料になります [19、20、21]。さらに、CeO ₂ TiO ₂にドープ NTAは、一定量のヒドロペルオキシラジカル（HO ₂ •）、これは分解手順の主要な活性種の1つです。これらの利点にもかかわらず、CeO ₂ / TiO ₂ 触媒は、比表面積が小さく、ターゲット汚染物質の物質移動が制限されているため、はるかに高い光触媒活性を示すことはほとんどありません。ポリアニリン（PANI）は、その優れたメリットを発揮し、多くの用途を達成しています。現在、一部の研究者はPANI / TiO ₂を合成していますナノ材料は、容易な合成、低コスト、化学的安定性、および電荷蓄積容量により、それらの卓越した安定性を確認しました[22、23]。さらに、PANIは、より多くの可視光光子を吸収し、電子をTiO ₂の伝導帯（CB）に注入することができます。、これは光触媒プロセスを促進します[23]。

ただし、私たちの知る限り、TiO ₂にはあまり注意が払われていません。 CeO ₂によってドープされた材料 TBBPAの光分解のためにPANIで同時にコーティングされています。この作品では、PANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTAは、CeO ₂の優位性を移植するように設計されました。欠陥のあるTiO ₂のPANI NTA。予想通り、PANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTAは、純粋なTiO ₂と比較して、非常に改善された光電極劣化活性を示しました。 NTA、CeO ₂ / TiO ₂ NTA、およびPANI / TiO ₂ NTA。 PANI / CeO ₂の微細構造と形態 / TiO ₂ NTAは、走査型電子顕微鏡（SEM）とエネルギー分散型X線分光法（EDS）によって特徴づけられました。 CeO ₂の負荷量など、分解効率に影響を与えた要因 / PANI、アニーリング温度、pH値、およびホールスカベンジャーを調査しました。予備的なメカニズムの研究では、HO ₂などの活性オキシラジカルが •およびHO•、PANI、CeO ₂の相乗効果によって形成されました、およびTiO ₂ 、TBBPAの除去に大きく貢献しました。

材料と方法

資料

使用したすべての原材料は、メタノールを除く分析グレードであり、合成および処理プロセスのすべての溶液は、脱イオン水で調製しました。チタンフィルム（純度99.6％）は、中国のNorthwest Institute for Non-ferrous MetalResearchによって購入されました。アニリンは、中国のJinKe Fine ChemicalInstituteから購入しました。イソプロピルアルコールは、中国のTianjin Guangfu Technology Development Co.Ltd。から入手しました。 NaF、H ₃ PO ₄ 、HCl、およびアセトンは、中国の北京化学工場から入手しました。 Na ₂ SO ₄ 、CeCl ₃ ・7H ₂ OおよびTBBPAは、中国のAladdin Chemistry Co.Ltd。から購入しました。高速液体クロマトグラフィー（HPLC）メタノールは、スウェーデンのOceanpak AlexativeChemicalから購入しました。すべての化学物質は、さらに精製することなく、受け取ったままの状態で使用されました。

TiO ₂の準備 NTA

不純物を除去し、鏡面を得るために、Ti箔をさまざまな研磨紙で研磨しました。 TiO ₂ NTA（20×25×0.2 mm）は陽極酸化法で作製しました。次に、超音波浴でアセトン、イソプロピルアルコール、およびメタノールによってTi箔を洗浄しました。洗浄したホイルは、0.5 M H ₃の混合物で陽極酸化されました。 PO ₄ 20Vで30分間の対極としてPtを使用した2電極セルの電解質として0.14MNaF。得られたホイルを蒸留水ですすぎ、周囲条件下で乾燥させた。マッフル炉で500℃で2時間煆焼した後、NTAが得られた。最終的に、NTAは脱イオン水で洗浄され、室温で空気中で乾燥されました。

CeO ₂の準備 / TiO ₂ NTAおよびPANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTA

適切なセリウム含有量がTiO ₂に堆積されました定電流法によるフィルム。 CeO ₂ / TiO ₂ NTAは、未焼成のTiO ₂を使用した電気化学的方法により、3電極システムで調製されました。作用電極としてのNTA、対電極としての白金箔、および参照電極としての飽和カロメル電極（SCE）。めっき液は0.025M CeCl ₃ 脱イオン水中[24]。堆積プロセスの前に、サンプルをめっき液に1時間浸漬しました。電鋳電流は15分間0.3mAに設定し、NTAに堆積するCeの量を制御できるようにしました。次に、堆積したフィルムを脱イオン水で洗浄し、室温で乾燥させた。準備したままのサンプルをマッフル炉で異なる温度で2時間アニーリングし、CeをCeO ₂に変換しました。アナターゼ結晶を形成します。

PANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTAは、3電極システムでも定電流法によって合成されました。準備されたままのCeO ₂ / TiO ₂ NTA電極を0.5MNa ₂の溶液に入れました。 SO ₄ および0.2Mアニリン、および0.3mAの一定の陽極電流がCHI660E電気化学ワークステーションにロードされました。ポリアニリンコーティングはCeO ₂の表面に接着されていました / TiO ₂ NTA基板。 PANIの負荷量は、伝導時間によって制御できます。洗浄および乾燥後、PANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTAが達成されました。

特性評価

サンプルの形態は、5 kVの加速電圧でSU8000走査型電子顕微鏡（SEM）によって特徴づけられました。化学組成は、走査型電子顕微鏡を備えたエネルギー分散型X線検出器（EDAX、アメリカ）によって得られた。結晶相は、X線回折計（XRD、Bruker D8 Advance、ドイツ）によって検査されました。

CeO ₂の光電気触媒活性 / TiO ₂ およびPANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTA

2つの調製されたままのNTAの光電気触媒（PEC）活性を、モデル化合物としてTBBPAを使用して調査しました。 10 mg L ^{− 1} のPEC分解 TBBPAは、模擬太陽光源として光学フィルターを備えた500Wキセノンランプを備えた3電極システムを使用して通常の石英ビーカーで実行されました。 Xeランプの光度は120mW / cm ² でした。。さらに、0.05 MNa ₂ SO ₄ 反応ビーカーの支持電解質として追加されました。 20マイクロリットルの反応溶液をすばやく取り出し、PEC分解実験プロセスで15分ごとにLC-20AT高速液体クロマトグラフ（HPLC）で分析しました。 HPLCは、LC-20ATポンプ、分離カラム（Agilent SB-C18、150×4.6 mm、5μm）、およびVWD検出器（SPD-20A）で構成されていました。移動相はメタノールと水で構成されていました（85：15、 v / v ）、流量は1 ml min ^{− 1} に設定しました。。

結果と考察

材料の特性評価

調製したTiO ₂の表面形態 NTA、CeO ₂ / TiO ₂ NTA、およびPANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTAはSEMによって検査され、図1に示されています。裸のTiO ₂ NTAは明確な微細構造を持ち、秩序だった均一で高密度のTiO ₂で構成されています。細孔径が90〜110 nm、壁厚が約5 nmのナノチューブ（図1a）。 CeO ₂の電着後 TiO ₂ NTA、一部のCeO ₂ ナノ粒子は、TiO ₂の上面に均一に形成されました。 NTA（図1b）。 CeO ₂の一部があるはずだと推測できます。チューブ内のNP。図1cは、多孔質で層状のPANIフィルムがCeO ₂にしっかりと接着していることを示しています。 / TiO ₂ 気孔サイズが50〜70 nm、壁厚が約40nmの電着処理後の基板。最適なアノード電流、アニリン濃度、および堆積時間で、均一なPANIがチューブ壁の上部で成長しました[25]。アニリンモノマーの重合は、CeO ₂の壁に沿って発生しました。 / TiO ₂ NTA、NTAの上面にコーティングされるまで細孔に進みます。同時に、近接するチューブ壁の間で重合が起こり、PANIの平面シートが成長しました。 Ti、C、N、O、およびCe元素の存在は、PANIおよびCeO ₂ TiO ₂で変更されました映画（図1d）。さらに、PANI / CeO ₂のEDS結果 / TiO ₂ NTAは、NとCeの量がそれぞれ約2.11 at。％と1.01 at。％であることを示しました。図1eは、TiO2 NTA、CeO ₂のX線回折パターンを示しています。 / TiO ₂ NTA、およびPANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTA。 2 θのピーク 25.5°、38°、48°、および53.3°のピークは、アナターゼ相TiO ₂の（110）、（103）、および（105）回折のピークでした。、それぞれ。 40.5°と56.6°のピークはチタン基板に割り当てられます。 2 θの小さなピーク 28.6°と33.0°はCeO ₂の結晶相を示します。しかし、CeO ₂の間に有意差は見つかりませんでした / TiO ₂ NAおよびPANI / CeO ₂ / TiO ₂ NA。これは、ロードされたPANIの量が非常に少なく、XRDパターンの応答が悪いことが原因である可能性があります。

TBBPAの光電気触媒分解のさまざまな触媒の比較

触媒の光電気触媒活性を評価するために、異なる触媒を用いたTBBPAの分解速度を測定し、反応溶液は0.05 mol L ^{− 1} でした。 Na ₂ SO ₄ 10 mg L ^{− 1} を含む溶液 TBBPAと外部電位は9.0Vでした。図2は、純粋なTiO ₂を使用した2時間後のTBBPAの分解速度を示しています。 NTA、CeO ₂ / TiO ₂ NTA、PANI / TiO ₂ NTA、およびPANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTA。実験結果は、PANI / CeO ₂の光電気触媒効率を示した / TiO ₂ NTAが最高でした。 TiO ₂の分解効率 NTA、CeO ₂ / TiO ₂ NTA、PANI / TiO ₂ NTA、およびPANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTAはそれぞれ85.34％、90.33％、86.78％、93.98％でした。 TiO ₂との比較 NTA、PANI / CeO ₂の分解効率 / TiO ₂ NTAは8.64％近くまで著しく増加し、CeO ₂の変更も証明されました。そしてPANIはTiO ₂の光電気触媒能力を高めました NTA。これらの結果は、報告された結果とほぼ一致していました[26]。

TBBPAの光電気触媒分解に対する調製パラメーターの影響

TBBPAの光触媒分解に影響を与える要因を調査し、PANI / CeO ₂の最適な合成パラメーターを取得するために、一連の合成および分解実験を実施しました。 / TiO ₂ CeO ₂を含む3電極システムのNTA 負荷量、PANI負荷量、およびアニーリング温度。

図3aは、さまざまなCeO ₂の効果を示しています。 TiO ₂の光電気触媒性能に対する負荷量 TBBPA分解に向けたフィルム。同じ条件下で、CeO ₂の量フィルム上での堆積時間によって制御された。 120分の照明中、CeO ₂ / TiO ₂ 堆積時間が15分のNTAは最高の光電気触媒活性を示し、CeO ₂ / TiO ₂ 45分の堆積時間で最低の光電気触媒活性を示した。 CeO ₂の導入後、準備されたままのすべてのCeO ₂の光電気触媒機能 / TiO ₂ NTAは、裸のTiO ₂と比較して確実に強化されました。 NTA。

報告されているように、CeO ₂ 光生成された電子とCe ⁴⁺ をトラップする可能性があります Ce ³⁺ に削減されました Ce ⁴⁺ が共存しているためおよびCe ³⁺ CeO ₂で / TiO ₂ 複合。次に、Ce ³⁺ 酸化されてCe ⁴⁺ に戻る傾向がありました水中に吸着された酸素によって。一方、化学吸着された酸素はスーパーオキシドラジカル（O ₂ ⁻ ）。したがって、CeO ₂ 光生成された電子正孔対の再結合率をある程度変化させ、TBBPAの光電気触媒分解効率を改善しました[27]。図3aからわかるように、CeO ₂の堆積時間の場合、TBBPAの最高分解率は93.98％でした。 15分に達しました。しかし、堆積時間が45分まで増加した場合、TBBPAの分解率は87.96％にすぎませんでした。この事実は、CeO ₂の量が多すぎることを示唆しています。複合材料の表面にコーティングされていると、NTAの活性部位の一部を占めるか、電子正孔対の新しい再結合中心として機能して、TBBPAの分解を防ぎます。

PANIは、その優れた導電性、電荷蓄積容量、および酸化還元能力により、電気光学分野で適用される重要な導電性ポリマーです。さらに、そのエレクトロクロミック性能は、可視光の吸収と電子正孔対の分離を迅速に強化することができ、それにより、より多くの光生成電子を誘導することができます[27、28]。だから、TiO ₂を飾る PANIを使用したNTAは、光電気触媒性能を向上させるための積極的な試みです。 3電極システムにおけるPANIの最適な負荷量を調査するために一連の劣化実験が行われ、その結果が図3bに示されています。フィルム上のPANIの量は、最適な固定化条件下での電着時間によって制御されました。結果は、TBBPAの分解速度が最初に電着時間の増加とともに増加したが、15分後に減少したことを示した。 CeO ₂ / TiO ₂ 15分間PANIでコーティングされたNTAは、TBBPAに対して最高の光電気触媒分解効率を示しました。分解速度の曲線的な傾向は、PANIの存在がTiO ₂の光電気触媒性能を向上させる可能性があることを示唆しました。シミュレートされた太陽光照射下のNTA、およびNTAにコーティングされた過剰量のPANIは、NTAの照射吸収を阻害し、TiO ₂のTBBPAとの良好な接触に影響を与えます。。したがって、その後の実験では、最高の光使用率を維持できる15分間の電着TBBPAを適用しました。

アニーリング温度は、ナノ材料の合成における重要な要素の1つであり、材料の結晶相を容易に変化させ、光電気触媒活性を大幅に変化させる可能性があります。さらに、アニーリング後、CeイオンはCeO ₂に酸化されます。、これも触媒反応にプラスの貢献をします。図3cは、PANI / CeO ₂の光電気触媒性能を示しています。 / TiO ₂ 異なるアニーリング温度でのTBBPAに対するNTA。アニーリング温度が200℃から500℃に上昇すると、TBBPAの分解効率が向上したことがわかります。アナターゼ型TiO ₂ 他の相（アモルファスおよびルチル）よりも高い光触媒活性を示した。図3cは、TiO ₂ アニーリング温度が200°Cのとき、主にアモルファスであり、アモルファスTiO ₂ アニーリング温度が500°Cのときに徐々にアナターゼに変換でき、TBBPAの分解効率の向上を説明しました。報告されているように、アニーリング温度が600°Cに達すると、ルチル相が現れ、分解効率がわずかに低下しました[29]。

PANI / CeO ₂によるTBBPAの光電気触媒分解の最適化 / TiO ₂ NTA

pH値は、有機化合物のイオン化状態、触媒の表面特性、および反応マトリックスを変化させます。溶液のpHは、汚染物質の分解の原因となるヒドロキシルラジカルおよび他の活性酸素種の形成速度に影響を与える可能性があると考えられています。分解効率に対する初期pH値の影響を図4に示します。92.96％TBBPAは、pH 3のシミュレートされた太陽照射下で120分後に光電気分解されたことがわかりました。アルカリ条件は、それよりもはるかに強い抑制効果を示すようでした。酸性条件。光生成された電子正孔対は、PANI / CeO ₂から生成されました。 / TiO ₂ シミュレートされた太陽照射下のNTAシートは、セリウムの還元と酸化、および•O ₂の形成につながりました。 ⁻ 。 •O ₂ ⁻ H ⁺ と反応するだけではありません次に、HO ₂を生成します •および•OH、2種類の強力な酸化および反応種ですが、TBBPAとも直接反応します。同時に、PANIは酸性溶液中でより高い触媒活性を有することが報告されています。結果として、低いpH値はHO ₂の形成に有利です。 •および•OH、一方、高いpH値は、HO ₂の生成を阻害する可能性があります •および•OH、光電気触媒分解効率を低下させます。

光電気触媒分解手順では、電子と電子正孔対の再結合がTBBPAの触媒性能に大きく影響しました。ホールスカベンジャーは、TiO ₂の分解能力を高める可能性があると報告されています。触媒材料[30、31]。一般に、正孔スカベンジャーを追加して、電子と電子正孔対の再結合を抑制し、さらに高い光電気触媒活性を実現することが有益です。 PANI / CeO ₂との比較 / TiO ₂ NTAでは、4つの異なるホールスカベンジャー（メタノール、エタノール、イソプロパノール、およびアセトン）が調査され、結果が図5aに示されています。エタノールの存在はTBBPAの最高の分解効率（96.32％）をもたらしましたが、他のホールスカベンジャー（イソプロパノールとアセトン）を使用したTBBPAの分解効率は、ブランクコントロールと比較して効率をわずかに低下させました。さらに、メタノールはTBBPAの分解に影響を与えませんでした。分解速度定数が0.0283min ^{− 1} に増加したため PANI / CeO ₂を使用 / TiO ₂ エタノール、TBBPAの光電気触媒分解に対するエタノール濃度の影響が最適化されました。結果を図5bに示します。エタノール濃度が10mmol L ^{− 1} のときに分解効率が最大値に達した、一方、効率はエタノール濃度の増加とともに徐々に低下しました。エタノールの添加により正孔の一部が除去され、光生成された電子正孔対の再結合率が低下し、PANI / CeO ₂の光電気触媒活性が大幅に向上することが示されました。 / TiO ₂ NTA。

シミュレートされた太陽照射下での上記の反応の速度論を研究し、結果を図5に示しました。1次速度論方程式で良好な線形関係が達成され、これらの劣化実験の線形相関係数は次のようになりました。 0.9959〜0.9982の範囲で、TBBPA分解反応が一次反応速度に従うことを明確に証明しました。さらに、速度定数は、付属剤の量の効果を正確に示した。したがって、10 mmol L ^{− 1} TBBPAの分解を促進するために、エタノールを溶液に添加しました。

光触媒の安定性

図6は、PANI / CeO ₂を使用したTBBPA分解の10回の繰り返し実行の分解効率を示しています。 / TiO ₂ 最適な条件下でエタノールを使用したNTA。結果は、10回の実験の分解効率が非常に近く（<3％）、調製された材料が良好な安定性を持っていることを示しました。結果として、PANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTAは、TBBPAに向けた光電気触媒分解で何度も再利用でき、92％の高レベルの分解率を持つ効率的な触媒になります。

TBBPAの光電気触媒分解のメカニズム

上記の実験から学んだ、CeO ₂ PANI / TiO ₂の表面に堆積したナノ粒子 NTAは、TBBPAの分解効率を大幅に向上させることが証明されました。有機汚染物質の光電気触媒酸化は、主にTiO ₂の内部での光生成された電子と正孔の生成、移動、および消費に起因することが知られていました。触媒材料[32、33]。 TBBPAに向けた光電気触媒分解実験では、PANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTAは、シミュレートされた太陽光で照射され、光生成された電子と正孔を生成しました。これは、TiO ₂の活性化に起因します。およびCeO ₂ 光子エネルギーを受け入れることによって（式（1）および（2））。生成された電子の一部は、TiO ₂の両方の伝導帯（CB）から転送されました。およびCeO ₂ パニへ。 TiO ₂にコーティングされたPANI NTAは、吸収波長範囲を拡大し、電荷を迅速に分離し、電子と正孔の再結合を阻害するために重要な役割を果たしました[34]。電子の別の部分はCeO ₂に吸収されました粒子、次にCe ⁴⁺ CeO ₂のイオン Ce ³⁺ に削減されました、O ₂と反応する可能性がありますスーパーオキシドラジカルイオンを生成します（• O ₂ ⁻ ）（式（3）および（5））。同時に、電子はO ₂を直接還元する可能性があります形成する• O ₂ ⁻ 、これは非常に反応性の高いイオンラジカルであり、多くのヒドロキシルラジカル（HO•）とヒドロペルオキシラジカル（HO ₂）を生成しました。 •）（式（4）、（8）、および（9））。一方、光生成された穴（ h ⁺ ）H ₂と反応できます OとOH ⁻ HO•とH ⁺ を生成します、反応（8）および（9）で使用できます。最後に、HO ₂ •およびHO•は、PEC分解手順で主要な活性種と見なされ、 h ⁺ TBBPAまたは媒介生成物と直接反応し、分解プロセスが達成されました（式（10））。したがって、PANI / TiO ₂によるTBBPAの光電気触媒分解の考えられるメカニズム電極は次のように表すことができます：

$$ {\ mathrm {TiO}} _ 2 + hv \ to {\ mathrm {TiO}} _ 2 + \ left（{e} ^ {-} + {h} ^ {+} \ right）$$（1）$$ { \ mathrm {CeO}} _ 2 + hv \ to {\ mathrm {CeO}} _ 2 + \ left（{e} ^ {-} + {h} ^ {+} \ right）$$（2）$$ {\ mathrm { Ce}} ^ {4 +} + {e} ^ {-} \ to {\ mathrm {Ce}} ^ {3+} $$（3）$$ {\ mathrm {O}} _ 2 + {e} ^ { -} \ to \ bullet {{\ mathrm {O}} _ 2} ^ {-} $$（4）$$ {\ mathrm {Ce}} ^ {3+} + {\ mathrm {O}} _ 2 \ to \ bullet {{\ mathrm {O}} _ 2} ^ {-} + {\ mathrm {Ce}} ^ {4+} $$（5）$$ {h} ^ {+} + {\ mathrm {H} } _2 \ mathrm {O} \ to \ mathrm {HO} \ bullet + {\ mathrm {H}} ^ {+} $$（6）$$ {h} ^ {+} + {\ mathrm {OH}} ^ {-} \ to \ mathrm {HO} \ bullet $$（7）$$ {\ mathrm {H}} ^ {+} + \ bullet {{\ mathrm {O}} _ 2} ^ {-} \ to {\ mathrm {H} \ mathrm {O}} _ 2 \ bullet $$（8）$$ 4 {\ mathrm {H}} ^ {+} + \ bullet {{\ mathrm {O}} _ 2} ^ {- } \ to 2 \ mathrm {HO} \ bullet $$（9）$$ {\ mathrm {HO}} _ 2 \ bullet \ mathrm {or} \ \ mathrm {HO} \ bullet \ mathrm {or} \ {h} ^ {+} + \ mathrm {TBBPA} \ to \ mathrm {degradation} \ \ mathrm {products} $$（10）

一言で言えば、PANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTAは優れた光電気触媒であり、劣化に影響を与える可能性のある要因が最適化され、劣化メカニズムが図7に示すように解明されました。

結論

PANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTAは電気化学的方法で簡単に合成されました。 PANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTAは、エタノールの助けを借りてTBBPAを分解するための並外れた光電気触媒活性を示しました。最適な条件下では、TBBPAの分解率は120分で92％を超えていました。 PANI、CeO ₂の相乗効果、およびTiO ₂ 活性フリーラジカルを増加させ、光生成された電子正孔対の再結合率を低下させ、触媒性能を高めるために重要な役割を果たしました。分解反応は一次反応速度論に従った。 PANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTAは、優れた再利用性と安定性を獲得しました。これらの結果は、PANI / CeO ₂ / TiO ₂ NTAは、TBBPAやその他の有機汚染物質を効果的に除去するための有望な触媒となるでしょう。