Поверхностная адсорбция и фотоиндуцированная деградация: исследование наноматериалов на основе ферритов со структурой шпинели для удаления модельного органического загрязнителя из воды

Нанокристаллы оксидов со структурой шпинели привлекают внимание как материалы для фотоиндуцированных процессов углублённого окисления, разрушающих органические загрязнители в воде: они химически стабильны, их свойства можно регулировать, они поглощают видимый свет и поддаются магнитному отделению. Однако систематического понимания структурных и химических факторов, определяющих реакционную способность конкретных нанокристаллов оксидов со структурой шпинели при фотоиндуцированной деградации, пока нет. В этой обзорной статье показаны пробелы в знаниях на примере влияния химии поверхности и состава нанокристаллов ферритов со структурой шпинели формулы MFeO (M = Mg, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) на их способность удалять из воды модельный органический загрязнитель — метиловый оранжевый (MO). Выявлены два механизма удаления MO из воды: адсорбция на поверхности и фотоиндуцированная деградация при облучении видимым светом в присутствии пероксида водорода в ходе фотохимической реакции Фентона. Нанокристаллы без поверхностных лигандов удаляют MO из воды эффективнее, чем нанокристаллы с лигандами на поверхности, хотя первые не образуют в воде устойчивых коллоидных дисперсий, в отличие от покрытых лигандами нанокристаллов. Для многих изученных составов ферритов со структурой шпинели доля метилового оранжевого, удалённого за счёт адсорбции на поверхности нанокристаллов без фотооблучения, превышает долю, удалённую при облучении. Полученные данные показывают, что степень адсорбции заряженной молекулы MO определяется поверхностным зарядом нанокристаллов, который зависит от их состава. В целом эти результаты показывают, что для точной оценки и последующего понимания активности нанокристаллов ферритов со структурой шпинели в процессе фотоиндуцированной деградации органических молекул необходимо учитывать влияние химии поверхности.