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粘土ナノチューブ上に形成されたRu/CdS量子ドットを可視光活性光触媒として利用し、S/Cd比とRu含有量の最適化を行った
Ru/CdS quantum dots templated on clay nanotubes as visible light active photocatalysts: optimization of S/Cd ratio and Ru content.
PMID: 32640117 DOI: 10.1002/chem.202002192.
抄録
粘土ナノチューブの内外に量子ドットをその場で形成するナノアーキテクト的アプローチを開発した。ルテニウムを添加した硫化カドミウム量子ドットをアジン修飾したハルロイサイトナノチューブの表面にテンプレート化することで、可視光下で活性な効率的で安定した光触媒を実現した。また、可視光下での電解質水溶液からの水素発生反応において触媒活性を試験した。CdS量子ドットの光触媒活性は、Ru添加により、金属-半導体ヘテロ接合の形成による光吸着と電子-正孔ペア分離が改善されたことにより向上した。その結果、アジン変性粘土表面での安定なナノ粒子形成には、硫黄とカドミウムの比(S/Cd)が大きな要因となっていることがわかった。5.2 wt. %のCdを0.1 wt. %のRuとS/Cd比が1に等しくなるようにドープしたRu/CdS/Halloysiteを用いて、9.3%の量子収率を達成した。CdS/Halloysiteハイブリッドのin vivoおよびin vitro試験では、短期間の試験で真核細胞や線虫に対して毒性の影響がないことが示されており、複数の用途に有望な感光材料を提供することができた。
Nanoarchitectual approach based on in situ quantum dots formation within/outside clay nanotubes was developed. The efficient and stable photocatalysts active under visible light were achieved with ruthenium doped cadmium sulfide quantum dots templated on the surface of azine modified halloysite nanotubes. The catalytic activity was tested in hydrogen evolution reaction from water solution of electrolytes under visible light. Ru doping enhanced the photocatalytic activity of CdS quantum dots thanks to better light adsorption and electron-hole pair separation due to formation of metal-semiconductor heterojunction. We found that sulfur to cadmium ratio (S/Cd) was the major factor for stable nanoparticles formation on the surface of the azine modified clay. The quantum yield of 9.3% was reached using Ru/CdS/Halloysite containing 5.2 wt. % of Cd doped with 0.1 wt. % of Ru and S/Cd ratio equaling one. CdS/Halloysite hybrid in vivo and in vitro studies demonstrated an absence of toxic effect in eukaryotic cells and nematodes in short term tests, thus providing promising photosensitive materials for multiple applications.
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