Влияние помола в планетарной мельнице на структуру и фотокаталитические характеристики нанокристаллов g-C₃N₄, полученных из мочевины

Растущий интерес к двумерным материалам, получаемым из графитоподобного нитрида углерода (g-C₃N₄), обусловлен его экологичностью, исключительной подвижностью носителей заряда и способностью поглощать ультрафиолетовое излучение. Важно отметить, что эксплуатационные характеристики g-C₃N₄ зависят от его удельной площади поверхности. В данной работе было исследовано, как измельчение в планетарной мельнице влияет на кристаллическую и электронную структуры нанокристаллов g-C₃N₄. Шесть образцов, подвергнутых механическому воздействию различной продолжительности, прошли всестороннюю характеристику с использованием комплекса физико-химических методов анализа. Примечательно, что помол с помощью планетарной мельницы значительно увеличивает удельную поверхность нанокристаллов g-C₃N₄ при сохранении их электронной структуры. Также были оценены фотокаталитические свойства этих образцов в процессе разложения антибиотиков под действием видимого света. Нанокристаллический порошок с увеличенной удельной поверхностью продемонстрировал высокую эффективность при разложении тетрациклина гидрохлорида. Таким образом, данное исследование подчеркивает потенциал планетарного измельчения как способа увеличения удельной поверхности нанопорошка g-C₃N₄, который в дальнейшем может быть использован в качестве перспективной основы для создания современных и экологически чистых фотокатализаторов.

1. Caban M., Stepnowski P. How to Decrease Pharmaceuticals in the Environment? A Review. Environ. Chem. Lett., 2021, 19, P. 3115–3138.

2. Abdel S.M., Gad-allah T.A., El-Shahat M.F., Ashmawy A.M., Ibrahim H.S. Novel Application of Metal-Free Graphitic Carbon Nitride (g-C3N4) in Photocatalytic Reduction – Recovery of Silver Ions. J. of Environmental Chemical Engineering, 2016, 4, P. 4165–4172.

3. Sammut Bartolo N., Azzopardi L.M., Serracino-Inglott A. Pharmaceuticals and the Environment. Early Hum. Dev., 2021, 155, P. 39–42.

4. Paut Kusturica M., Jevtic M., Ristovski J.T. Minimizing the Environmental Impact of Unused Pharmaceuticals: Review Focused on Prevention. Front. Environ. Sci., 2022, 10, P. 1–8.

5. Rapti I., Kourkouta T., Malisova E.M., Albanis T., Konstantinou I. Photocatalytic Degradation of Inherent Pharmaceutical Concentration Levels in Real Hospital WWTP Effluents Using g-C3N4 Catalyst on CPC Pilot Scale Reactor. Molecules, 2023, 28 (3), 1170.

6. Song J., Zhao K., Yin X., Liu Y., Khan I.,Wang K. Photocatalytic Degradation of Tetracycline Hydrochloride with g-C3N4/Ag/AgBr Composites. Front. Chem., 2022, 10, 1069816.

7. Garc´ıa-L´opez E.I., Pomilla F.R., Bloise E., L¨u X., Mele G., Palmisano L., Marc`ı G. C3N4 Impregnated with Porphyrins as Heterogeneous Photocatalysts for the Selective Oxidation of 5-Hydroxymethyl-2-Furfural Under Solar Irradiation. Top. Catal., 2021, 64, P. 758–771.

8. Rodr´ıguez-Lo´pez L., Santa´s-Miguel V., Cela-Dablanca R., Nu´nez-Delgado A., A´ lvarez-Rodr´ıguez E., Pe´rez-Rodr´ıguez P., Arias-Este´vez M. Ciprofloxacin and Trimethoprim Adsorption/Desorption in Agricultural Soils. Int. J. Environ. Res. Public Health, 2022, 19 (14), 8426.

9. Seroglazova A.S., Chebanenko M.I., Popkov V.I. Synthesis, Structure, and Photo-Fenton Activity of PrFeO3–TiO2 Mesoporous Nanocomposites. Condens. Matter Interphases, 2021, 23, P. 548–560.

10. Zhurenok A.V., Vasichenko D.B., Berdyugin S.N., Gerasimov E.Yu., Saraev A.A., Cherepanova S.V., Kozlova E.A. Photocatalysts Based on Graphite-like Carbon Nitride with a Low Content of Rhodium and Palladium for Hydrogen Production under Visible Light. Nanomaterials, 2023, 13, 2176.

11. Gupta B.K., Kedawat G., Agrawal Y., Kumar P., Dwivedi J., Dhawan S.K. A Novel Strategy to Enhance Ultraviolet Light Driven Photocatalysis from Graphene Quantum Dots Infilled TiO2 Nanotube Arrays. RSC Adv., 2015, 5, P. 10623–10631.

12. Chebanenko M.I., Omarov S.O., Lobinsky A.A., Nevedomskiy V.N., Popkov V.I. Steam Exfoliation of Graphitic Carbon Nitride as Efficient Route toward Metal-Free Electrode Materials for Hydrogen Production. Int. J. Hydrogen Energy, 2023, 48, P. 27671–27678.

13. Rodionov I.A., Zvereva I.A. Photocatalytic Activity of Layered Perovskite-like Oxides in Practically Valuable Chemical Reactions. Russ. Chem. Rev., 2016, 85, P. 248–279.

14. Papailias I., Todorova N., Giannakopoulou T., Ioannidis N., Boukos N., Athanasekou C.P., Dimotikali D., Trapalis C. Chemical vs Thermal Exfoliation of g-C3N4 for NOx Removal under Visible Light Irradiation. Appl. Catal. B Environ., 2018, 239, P. 16–26.

15. Xu J., Zhang L., Shi R., Zhu Y. Chemical Exfoliation of Graphitic Carbon Nitride for Efficient Heterogeneous Photocatalysis. J. Mater. Chem. A, 2013, 1, P. 14766–14772.

16. Yuan Y.J., Shen Z., Wu S., Su Y., Pei L., Ji Z., Ding M., Bai W., Chen Y., Yu Z.T. Liquid Exfoliation of g-C3N4 Nanosheets to Construct 2D-2D MoS2/g-C3N4 Photocatalyst for Enhanced Photocatalytic H2 Production Activity. Appl. Catal. B Environ., 2019, 246, P. 120–128.

17. Chebanenko M.I., Zakharova N.V., Popkov V.I. Synthesis and Visible-Light Photocatalytic Activity of Graphite-like Carbon Nitride Nanopowders. Russ. J. Appl. Chem., 2020, 93, P. 494–501.

18. Chebanenko M.I., Zakharova N.V., Lobinsky A.A., Popkov V.I. Ultrasonic-Assisted Exfoliation of Graphitic Carbon Nitride and Its Electrocatalytic Performance in Process of Ethanol Reforming. Semiconductors, 2019, 53, P. 2072–2077.

19. Bokuniaeva A.O., Vorokh A.S. Estimation of Particle Size Using the Debye Equation and the Scherrer Formula for Polyphasic TiO2 Powder. J. Phys. Conf. Ser., 2019, 1410, 012057.

20. Qu D., Liu J., Miao X., Han M., Zhang H., Cui Z., Sun S., Kang Z., Fan H., Sun Z. Peering into Water Splitting Mechanism of g-C3N4-Carbon Dots Metal-Free Photocatalyst. Appl. Catal. B Environ., 2018, 227, P. 418–424.

21. Fina F., Callear S.K., Carins G.M., Irvine J.T.S. Structural Investigation of Graphitic Carbon Nitride via XRD and Neutron Diffraction. Chem. Mater., 2015, 27, P. 2612–2618.

22. Azizi-Toupkanloo H., Karimi-Nazarabad M., Shakeri M., Eftekhari M. Photocatalytic Mineralization of Hard-Degradable Morphine by Visible Light-Driven Ag@g-C3N4 Nanostructures. Environ. Sci. Pollut. Res., 2019, 26, P. 30941–30953.

23. Zhu B., Zhang L., Cheng B., Yu J. First-Principle Calculation Study of Tri-s-Triazine-Based g-C3N4: A Review. Appl. Catal. B Environ., 2018, 224, P. 983–999.