Effekt der Strontiumdotierung auf photokatalytische Leistung von Neodymmanganit

Seltenerd-Perowskite als Photokatalysatoren

Ernsthafte Umweltprobleme und täglicher Energiebedarf sind entscheidende Themen, denen wissenschaftliche Aufmerksamkeit zuteil wird, um neue ungiftige, kostengünstige, stabile und effiziente Materialien zur Lösung dieser Probleme zu entwickeln. Photokatalyse-Studien haben sich zu einem wichtigen Thema im Bereich der sauberen Energieanwendungen entwickelt. Seltene Erd-Perowskite ABO3 werden seit kurzem als Photokatalysatoren eingesetzt, diese Materialklasse ist aufgrund ihrer ungewöhnlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften eine Schlüsselart von Oxiden. Ein Bericht in Nature Scientific Reports.

Darin geht es um “Dotierung von Strontium in Neodym-Manganit-Nanokompositen für eine verbesserte sichtbare lichtangetriebene Photokatalyse”. Die Wirkung der nanokristallinen Größe ist ein effizienter Parameter, der eine Schlüsselrolle bei diesen physikalischen und chemischen Eigenschaften spielt. Die Position der Sauerstoffatome um die beiden Übergangsmetall-Kationen A und Seltenerd-Kationen B in den ABO3-Perowskiten spiegelt wider, wie wichtig ihre Rolle bei der Bestimmung ihrer spannenden Eigenschaften und damit ihrer möglichen Anwendungen ist. Der Elektronentransfer zwischen Atomen, welche die B-Stelle einnehmen, erfolgt nicht direkt zwischen diesen Atomen, sondern durch Sauerstoffatome, die in achteckiger Form die Übergangsmetallatome in der B-Stelle umgeben. Andererseits kann die Verzerrung der oktaedrischen Lage im Perowskit die elektronischen und magnetischen Eigenschaften verändern, welche die Bedeutung der in den Ecken verteilten oktaedrischen BO6-Gitterlage in diesen Materialien widerspiegelt. Darüber hinaus sind die gemischten Valenzzustände des Übergangsmetalls an der B-Stelle ein Parameter, der die Aktivität in solchen Materialien beeinflusst.

Es gibt verschiedene Methoden zur Synthese von Seltenerdmanganiten innerhalb der perovskitartigen Struktur wie Festkörperreaktion, chemische Co-Präzipitation, Sol-Gel. Die Synthesemethoden spielen eine wichtige Rolle bei der Bildung der gewünschten Kristallstruktur und wie die Sauerstoffatome im Oktaeder neben der kristallinen Größe verteilt sind. Eine Menge Forschungsarbeit wurde der Untersuchung der Photokatalyseleistung von perovskitartigen Materialien wie Tantalat, Titanat, Ferrit, Vanadium und Niob sowie Manganiten gewidmet. Diese Materialien haben eine photokatalytische Aktivität des sichtbaren Lichts gezeigt, weil sie exklusive elektronische Eigenschaften haben, die mit ihren reichen Kristallstrukturen korrelierten. Die optimierte Bandlückenenergie in solchen Oxiden, die dotierten zweiwertigen Seltenerd-Übergangsmetalloxide der perovskitartigen Struktur, erklärt und verstärkt die Photogeneration von Elektronen und Löchern und damit die Trennung von Ladungsträgern.

Es wurden vielfältige Anstrengungen und intensive Forschungen unternommen, und noch immer brauchen wir mehr Aktivitäten, um die optischen und elektrischen Eigenschaften dieser Materialien zu optimieren, die uns helfen können, ihre rationale Designstruktur durch den kationischen Ersatz in ABO3-Pervoskiten zu kontrollieren.

Die vielversprechende photokatalytische Leistung der Perowskitverbindungen wird beobachtet, indem ihre Bandlückenwerte an die erzeugte Absorption des sichtbaren Lichts sowie die Potenziale der Bandkante angepasst werden, um die Anforderungen an die jeweilige Photokatalyse anzupassen. Darüber hinaus korreliert die in solchen Materialien dargestellte Gitterverzerrung mit der Trennung der durch Photonen erzeugten Ladungsträger. Die daraus resultierende Verformung in den Bindungswinkeln zwischen Metall-Ligand und Metall-Ligand-Metall wird durch ihre Ladungsträger sowie die Bandlückenwerte erheblich beeinflusst. Die folgenden Parameter; die Oberfläche, die Phasenstruktur, die Größe und die Kristallinität beeinflussen die Effizienz von Photokatalysatoren. Die Kontrolle der Größe und der Kristallphase sowie der Form von Perowskiten ist daher ein grundlegender und wichtiger Parameter zur Abschätzung ihrer phasenabhängigen Photoaktivität.

->Quelle:  nature.com/s41598-019-50393-9