Bezerra Neta, I. A., Andrade Neto, N. F., Silva, J. M. P., Teodoro, M. D., Bomio, M. R. D., Motta, F. V. “Photoluminescent and photocatalytic properties of Cu²⁺ and Mg²⁺-doped ZnO nanoparticles obtained by a facile sonochemical method.” Int J Ceramic Eng Sci. 2023;5:e10192. https://doi.org/10.1002/ces2.10192
不均一系光触媒反応は、低コストかつ環境負荷が小さく、有機汚染物質の分解において生物学的処理よりも高効率であることから、先進酸化法の一つとして注目されている。酸化亜鉛（ZnO）は、約3.3 eVの広い禁制帯幅と60 meVの高い励起子結合エネルギーを有し、自然界に豊富に存在し、低コストで毒性がなく化学的に安定であることから、光触媒材料として広く研究されている。超音波化学法は、微小気泡の生成と崩壊により局所的な高温高圧状態を生じさせ、迅速な結晶核生成を促進できるため、ナノ材料合成において簡便かつ効率的な手法である。ZnO格子への遷移金属元素の添加は、光学特性、磁気特性、電気特性、および光触媒特性の向上に有効であり、特にCu²⁺およびMg²⁺イオンは母体格子内に内因性・外因性欠陥を生成し、可視光領域での光吸収を増大させる能力を持つ。
しかし、ZnOの光触媒活性は、光励起により生成した電子と正孔の再結合速度が速いため制限されるという問題がある。
そこで、本研究では超音波化学法を用いてCu²⁺およびMg²⁺を単独添加および共添加したZnOナノ粒子を合成し、その光触媒特性および発光特性を評価した。X線回折によりすべての試料でウルツ鉱型六方晶構造が確認され、二次相は観察されなかった。紫外線C照射下でのメチレンブルー色素の分解試験において、1%Mg添加ZnOが最も高い光触媒活性を示し、80分後に99.4%の色素濃度低減を達成した。これは表面欠陥の形成により電子-正孔対の再結合が抑制されたためである。一方、Cu²⁺とMg²⁺の共添加試料では粒子の凝集により全体表面積が減少し、光触媒性能が低下した。犠牲剤試験により、OH・ラジカルが本系の光触媒反応における主要活性種であることが判明した。発光測定にはCobolt社製355nmレーザー Zoukを励起光源として使用し、ZnO格子内の欠陥に起因する緑色および赤色領域の発光が観測された。
※本要約は、オープンアクセス論文（CC BY 4.0）に基づいています。
励起光源に使用された355nmレーザー
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