真空化学蒸着法で合成した単結晶FeS/FeO被覆ゼロ価鉄。還元活性、酸化活性、光触媒活性を向上させた浄水場の実現に向けて

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J. Hazard. Mater..2020 Jul;401:123442. S0304-3894(20)31431-X. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.123442.Epub 2020-07-08.

真空化学蒸着法で合成した単結晶FeS/FeO被覆ゼロ価鉄。還元活性、酸化活性、光触媒活性を向上させた浄水場の実現に向けて

Single-crystalline FeS/FeO coated zero-valent iron synthesized with vacuum chemical vapor deposition technique: Enhanced reductive, oxidative and photocatalytic activity for water purification.

Hongyun Niu
Yongliang Yang
Weijia Zhao
Hongzhou Lv
Hui Zhang
Yaqi Cai

PMID: 32659592 DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.123442.

抄録

真空化学気相成長法(CVD法)を用いて、コア/シェル型単結晶FeS/FeO被覆α-Feハイブリッド(FeS/FeO@Fe)を合成した。CVDプロセスは、市販のFeナノ粒子表面に自然に形成されたFeO層をアモルファスから単結晶相へと変換する。FeS/FeOコートは、溶存酸素とターゲットの表面親和性を促進し、Feコアからターゲットに電子を迅速に移動させ、FeS/FeO@Fe表面の水の分裂を減少させ、異なる条件下で超強力な還元性と改善された酸化能力を持つFeS/FeO@Feを提供しています。水熱法やソルボサーマル法で調製した硫化ZVIとは異なり、FeSコート上のS/Sの酸化によりHが放出される代わりに、水分散が緩和されるため、反応溶液のpH上昇が抑制される。FeSとFeO、α-Feとの協働は、FeSコートの酸化防止能力を向上させるだけでなく、バンドギャップを広げる効果もある。FeS/FeO@Feナノハイブリッドを光触媒として用いることで、光照射による有機汚染物質の分解が促進され、鉱化効率が向上します。FeS/FeO@Feは、下水処理場からの流入水を空気曝気処理したり、可視光や太陽光を照射して処理したりする際に、良好な性能を発揮します。

Well-defined core/shell type single crystalline FeS/FeO coated α-Fe hybrids (FeS/FeO@Fe) are synthesized with vacuum chemical vapor deposition (CVD) technique. The CVD process triggers conversion of naturally formed FeO layer on the surface of commercial Fe nanoparticles from amorphous into single crystalline phase. The FeS/FeO coat promotes the surface affinity of dissolved oxygen and targets and rapidly transfers electrons from the Fe core to targets, which decreases water splitting on FeS/FeO@Fe surface and endows FeS/FeO@Fe with ultra-strong reducibility and improved oxidative ability under different conditions. Different with the sulfurized ZVI prepared with hydrothermal or solvothermal method, the increase of reaction solution pH is retarded due to the relieved water splitting instead of releasing H via oxidation of S/S on the FeS coat. The cooperation of FeS with FeO and α-Fe not only improves the anti-oxidation ability of FeS coating but also broadens its band gap. By using FeS/FeO@Fe nanohybrids as photocatalysts, light irradiation accelerates the degradation of organic pollutants combined with enhanced mineralization efficiency. The FeS/FeO@Fe exhibits good performance when it is utilized to treat the influent from a municipal sewage treatment plant upon air aeration or under visible light and solar light irradiation.