доктор химических наук;
doctor of chemical sciences;
Растущая концентрация устойчивых органических загрязнителей в водных экосистемах, обусловленная промышленными сбросами, представляет серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья человека. Недостаточная эффективность традиционных способов очистки актуализирует разработку новых, более совершенных и экономичных технологий. Перспективным методом является фотокаталитическое окисление, использующее энергию солнечного света. Однако широкому применению классических фотокатализаторов, таких как диоксид титана, препятствуют их фундаментальные ограничения: широкая запрещенная зона, поглощающая только УФ-спектр, и высокая скорость рекомбинации носителей заряда. Для преодоления этих недостатков в данной работе предложена стратегия создания гибридного фотокатализатора на основе гетероструктуры графитоподобного нитрида углерода (g-C3N4, CN) и сульфида цинка-индия (ZnIn2S4, ZIS). Целью исследования являлся синтез гетероструктурного фотокатализатора CN/ZIS и оценка его эффективности в разложении органических загрязнителей под видимым светом. Методами ИК-Фурье и УФ-видимой спектроскопии подтверждено сохранение структуры CN после модификации и показано значительное расширение светопоглощения гибрида в видимую область. Установлено, что формирование гетероструктуры приводит к резкому росту адсорбционной емкости по отношению к метиленовому синему. Фотокаталитическая активность оценена на модели разложения родамина С под светодиодным излучением. Показано, что гибридный фотокатализатор CN/ZIS превосходит по активности индивидуальные компоненты: константа скорости реакции для композита в 3,3 и 1,56 раза выше, чем для чистого CN и ZIS соответственно. Синергетический эффект объяснен формированием гетероперехода типа II, обеспечивающего эффективное разделение носителей заряда и подавление их рекомбинации, а также оптимизацией адсорбционно-десорбционных свойств. Полученный фотокатализатор демонстрирует высокий потенциал для применения в технологии очистки сточных вод под действием солнечного света.
The growing concentration of persistent organic pollutants in aquatic ecosystems due to industrial discharges poses a serious threat to the environment and human health. The ineffectiveness of traditional purification methods necessitates the development of new, more advanced, and more cost-effective technologies. Photocatalytic oxidation, which utilizes solar energy, is a promising method. However, the widespread use of classic photocatalysts, such as titanium dioxide, is hampered by their fundamental limitations: a wide band gap absorbing only UV light and a high rate of charge carrier recombination. To overcome these drawbacks, this study proposes a strategy for creating a hybrid photocatalyst based on a heterostructure of graphitic carbon nitride (g-C3N4, CN) and zinc indium sulfide (ZnIn2S4, ZIS). The aim of the study was to synthesize a CN/ZIS heterostructured photocatalyst and evaluate its efficiency in degrading organic pollutants under visible light. FTIR and UV-visible spectroscopy confirmed the retention of the CN structure after modification, and demonstrated a significant expansion of the hybrid's light absorption into the visible region. Formation of the heterostructure was found to lead to a sharp increase in the adsorption capacity for methylene blue. Photocatalytic activity was assessed using a model of rhodamine C decomposition under LED radiation. The CN/ZIS hybrid photocatalyst was shown to be more active than the individual components: the reaction rate constant for the composite was 3.3 and 1.56 times higher than that for pure CN and ZIS, respectively. The synergistic effect was attributed to the formation of a type II heterojunction, which ensures efficient separation of charge carriers and suppression of their recombination, as well as to the optimization of adsorption-desorption properties. The resulting photocatalyst demonstrates high potential for use in solar-assisted wastewater treatment.