ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงธรรมชาติชนิดใหม่สำหรับการสังเคราะห์สารอินทรีย์มูลค่าสูงอย่างต่อเนื่อง

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ทำการพัฒนาและประยุกต์ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงที่มีบิสมัทเป็นองค์ประกอบสำหรับการเร่งปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่องแม้ในสภาวะไร้แสง โดยสร้างเป็นวัสดุคอมพอสิทกับวัสดุกึ่งตัวนำที่สามารถกักเก็บพลังงานแสงในรูปของอิเล็กตรอน ในงานวิจัยนี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงที่มีบิสมัทเป็นองค์ประกอบคือ Bi2MoO6, BiOBr, Cs3Bi2Br9, and Bi2WO6 ส่วนวัสดุกึ่งตัวนำที่ทำหน้าที่เก็บพลังงานแสงที่ทำการศึกษาคือ WO3, MoO3, and TiO2 ตัวเร่งคอมพอสิทที่สังเคราะห์ขึ้นถูกทำการทดสอบประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาในที่มืดโดยอาศัยปฏิกิริยารีดักชันของโครเมียม และปฏิกิริยารีดักชันของไนโตรเบนซีนเพื่อผลิตอะนิลีน ผลการทดสอบบ่งชี้ว่า WO3 ทำหน้าที่เก็บพลังงานแสงในรูปของอิเล็กตรอนได้ดีกว่าวัสดุกึ่งตัวนำ จึงถูกนำไปสังเคราะห์เป็นวัสดุคอมพอสิทกับตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงที่มีบิสมัทเป็นองค์ประกอบ ผลการเปรียบเทียบประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาในที่มืดแสดงว่า Cs3Bi2Br9/WO3 สามารถเร่งปฏิกิริยารีดักชันของโครเมียมได้ดีที่สุดเมื่อเทียบกับ Bi2MoO6/WO3, Bi2WO6/WO3, and BiOBr/WO3 อย่างไรก็ตาม Cs3Bi2Br9/WO3 ไม่สามารถเร่งปฏิกิริยารีดักชันของไนโตรเบนซีนเพื่อผลิตอะนิลีนได้ เพราะตัวเร่งปฏิกิริยามีการเปลี่ยนโครงสร้างอย่างรวดเร็วหลังจากสัมผัสกับไฮดราซีน ถึงแม้ผลการทดลองโดยใช้ Bi2MoO6/WO3 เป็นตัวเร่งจะแสดงให้เห็นว่า ประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาในสภาวะไร้แสงเพิ่มขึ้นตามปริมาณ WO3 ในวัสดุคอมพอสิท แต่ยังคงมีประสิทธิภาพต่ำกว่า การเร่งปฏิกิริยาในสภาวะมีแสงของตัวเร่ง Bi2MoO6 เดี่ยว ผลการศึกษาเพิ่มเติมยังชี้ให้เห็นว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงที่มีบิสมัทในงานวิจัยนี้ทำงานได้ดีในปฏิกิริยาออกซิเดชัน กลไกการเกิปฏิกิริยาบนพื้นผิวและความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้าง-ศักยภาพการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งที่พัฒนาในงานวิจัยนี้ถูกศึกษาเชิงลึกด้วยเทคนิคต่างๆเช่น X-ray photoelectron spectroscopy, radical-trapping electron paramagnetic resonance, and time-resolved photoluminescence เป็นต้น

คำสำคัญ