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Aug 27, 2023

MoS2 en couches : efficace et environnemental

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 14148 (2023) Citer cet article 2 Détails d'Altmetric Metrics La dégradation photocatalytique est une méthode prometteuse pour éliminer les polluants organiques persistants

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 14148 (2023) Citer cet article

2 Altmétrique

Détails des métriques

La dégradation photocatalytique est une méthode prometteuse pour éliminer les polluants organiques persistants de l'eau en raison de son faible coût (voir photocatalyse solaire), de sa forte minéralisation des polluants et de son faible impact environnemental. Les photocatalyseurs basés sur les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) ont récemment suscité un grand intérêt scientifique en raison de leurs propriétés électriques, mécaniques et optiques uniques. Un photocatalyseur MoS2 de la structure en couches a pu photodégrader le bleu de méthylène (MB) sous irradiation par la lumière visible. Le catalyseur a été minutieusement caractérisé à l’aide de mesures SEM, AFM, XRD sur poudre, UV-Vis, Raman et XPS. La dégradation photocatalytique de la solution MB a été réalisée dans les conditions suivantes : (i) réductrice et (ii) oxydative. L'impact des propriétés optiques et électroniques ainsi que l'interaction MoS2-MB sur l'activité photocatalytique ont été discutés. Les constantes de vitesse apparentes (kapp) de dégradation étaient de 3,7 × 10–3 ; 7,7 × 10–3 ; 81,7 × 10–3 min−1 pour la photolyse, la photocatalyse oxydative et la photocatalyse réductrice. La comparaison de l'efficacité de dégradation du MB dans les processus réducteurs et oxydatifs indique le rôle important de la réaction avec l'électron de surface. Dans le processus d'oxydation, l'oxygène réagit avec un électron pour former un radical anion superoxyde impliqué dans d'autres transformations du colorant, tandis que dans le processus de réduction, l'ajout d'un électron déstabilise le cycle chromophore et conduit à sa rupture.

L'activité humaine provoque une pollution de l'eau par les produits chimiques produits au cours de divers processus technologiques. L’utilisation croissante de produits chimiques est due au mode de vie actuel et à la croissance continue de la population. Cela devrait exercer davantage de pression sur les écosystèmes naturels et les populations humaines dans un avenir proche. Le développement de nouvelles technologies de traitement des eaux usées constitue donc un enjeu environnemental important. Au cours des dernières décennies, une grande attention a été accordée au développement de nouvelles méthodes de traitement des eaux usées1. Parmi eux, la photocatalyse hétérogène semble très prometteuse, mais les catalyseurs les plus efficaces reposent sur des métaux précieux rares et coûteux comme le platine et l’or. Des recherches récentes2,3 indiquent que les dichalcogénures de métaux de transition peuvent constituer une alternative bon marché et pratique aux catalyseurs de métaux précieux.

La molybdénite (MoS2) fait partie de la famille des dichalcogénures de métaux de transition (TMD). Le bisulfure de molybdène est un matériau en couches avec une structure de type sandwich qui révèle de nombreuses propriétés uniques4. Ses caractéristiques permettent de l'utiliser comme photocatalyseur. MoS2 existe en trois phases, deux phases semi-conductrices stables avec une structure prismatique trigonale (2H et 3R) et une phase métastable octaédrique métallique (1T). Le MoS2 en vrac a une bande interdite indirecte d'environ 1,2 eV, qui se transforme en une bande interdite directe d'environ 1,9 eV après la réduction des couches5. Cela indique que le matériau a un fort effet d’absorption de la lumière solaire. Les nanomatériaux MoS2 offrent une bonne activité catalytique en raison de la réponse d'absorption élevée dans la plage de longueurs d'onde visible. L’inconvénient de ce matériau est la recombinaison rapide des paires électron-trou photogénérées6. La séparation des charges peut être améliorée en augmentant le rapport entre les sites des bords métalliques (plaine des bords 100) et la face (plan basal 002). Les centres actifs du catalyseur sont principalement concentrés sur les sites périphériques et les lacunes S, et son plan basal est considéré comme chimiquement inerte. Le bord du cristal a une énergie de surface élevée, ce qui permet au MoS2 de réagir rapidement avec l'oxygène. De plus, le MoS2 monocouche possède une excellente mobilité des porteurs de charge, aussi bonne que celle des nanotubes de carbone7.

Des efforts considérables ont été déployés pour étudier l'activité catalytique de diverses nanostructures de MoS2, telles que les nanoparticules, les mésopores, les nanofils, le MoS2 amorphe, les films minces et les couches de MoS2 chimiquement exfoliées. Le MoS2 a été utilisé en ingénierie environnementale pour le traitement des polluants organiques par adsorption et dégradation photocatalytique8,9,10,11,12,13,14.