A  Review of the some aspects for the development of ZnO based photocatalysts for a variety of applications

О.Є. Байбара; М.В. Радченко; В.А. Карпина; А.І. Євтушенко

doi:10.15330/pcss.22.3.585-594

Автор(и)

О.Є. Байбара Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича, Національна академія наук України
М.В. Радченко Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича
В.А. Карпина Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича
А.І. Євтушенко Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.22.3.585-594

Ключові слова:

оксид цинку, фотокаталіз, фотодеградація, наноструктури, антибактеріальні властивості

Анотація

На сьогоднішній день однією з найважливіших проблем людства є забруднення навколишнього середовища різними органічними забруднювачами, які не руйнуються у природних умовах, що впливають на здоров’я людей. Інша проблема полягає в тому, що відомі дезінфікуючі засоби стають менш ефективними, оскільки розвивають стійкість до бактерій та вірусів. Одним із способів вирішення цих проблем є використання гетерогенного фотокаталізу для розкладання шкідливих сполук та знищення бактерій, вірусів, грибків тощо. Серед широкозонних напівпровідникових оксидів (TiO₂, Cu₂O, Fe₃O₄, CeO_2, тощо), придатних для фотокаталітичних застосувань, останні роки особлива увага приділяється ZnO через його унікальні особливості. ZnO в наноструктурованій формі із збільшеною питомою поверхнею є перспективою для розробки ефективних фотокаталітичних матеріалів для розкладання органічних забруднювачів та для розробки матеріалів з антимікробними властивостями. У цьому огляді розглядаються різні підходи до підвищення ефективності фотокаталітичних процесів матеріалів на основі ZnO для розкладання органічних забруднювачів (включаючи промислові барвники). Також представлені деякі антибактеріальні властивості ZnO.

Біографії авторів

М.В. Радченко, Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича

кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича, НАН України

В.А. Карпина, Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича

кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича, НАН України

А.І. Євтушенко, Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича

кандидат фізико-математичних наук, старший дослідник, завідувач відділу Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича, НАН України.

Посилання

K.M. Lee, C.W. Lai, K.S. Ngai, J.C. Juan, Water Res. 88, 428 (2016); https://doi.org/10.1016/j.watres.2015.09.045.

P. Chowdhary, A. Raj, R.N. Bharagava, Chemosphere 194, 229 (2018); https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.11.163.

P. Franco, O. Sacco, I. De Marco, V. Vaiano, Catalysts. 346, 1 (2019); https://doi.org/10.3390/catal9040346.

S.H. Khan, B. Pathak, Environmental Nanotechnology, Monitoring and Management 13, 100290 (2020); https://doi.org/10.1016/j.enmm.2020.1002.

M.J. Hajipour, K.M. Fromm, A.A. Ashkarran, D.J.d. Aberasturi, I.R. de Larramendi, T. Rojo, V. Serpooshan, W.J. Parak, M. Mahmoudi, Trends Biotechnol. 30, 499 (2012); https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2012.06.004.

Cuicui Hu, Lu Lu, Yanjie Zhu, Rong Li, Yanjun Xing, Mater. Chem. Phys. 217, 182 (2018); https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2018.06.068.

Z. Fan, J.G. Lu, J. Nanosci. Nanotechnol. 5, 1561 (2005); https://doi.org/10.1166/jnn.2005.182.

Attarad Ali, Abdul-Rehman Phull and Muhammad Zia, Nanotechnology Reviews 7(5), 413 (2018); https://doi.org/10.1515/ntrev-2018-0067.

T. Jin, D. Sun, Y. Su, H. Zhang, H.J. nSue, J Food Sci. 74, 46 (2009); https://10.1111/j.17503841.2008.01013.x.

L. Zhang, Y. Jiang, Y. Ding, J Nanopart Res 9, 479 (2007); https://doi.org/10.1007/s11051-006-9150-1.

R.B. Reed, D.A. Ladner, C.P. Higgins, P. Westerhoff, J.F. Ranville, Environ. Toxicol. Chem. 31, 93 (2012); https://doi.org/10.1002/etc.708.

S. Malato, J. Blanco, A. Vidal, C. Richter, Appl Catal B Environ. 37, 1 (2002); https://doi.org/10.1016/S0926-3373(01)00315-0.

Wang Kuo-Hua, Tsai Huan-Hung, Hsieh Yung-Hsu, Chemosphere 36, 2763 (1998); https://doi.org/10.1016/s0045-6535(97)10235-1.

J-M. Herrmann, Catal Today. 53, 115 (1999); https://doi.org/10.1016/S0920-5861(99)00107-8.

C.-O.O. Mauren, O.J. Nnaumeka, A.N. Basil, O.E. Emeka, International Letters of Chemistry, Physics and Astronomy 81, 16 (2019); https://doi.org/10.18052/www.scipress.com/ILCPA.81.18.

D. Rajamanickam, M. Shanthi, Arab J Chem. 9, 1858 (2016); https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2012.05.006.

P. Banerjee, S. Chakrabarti, S. Maitra, B.K. Dutta, Ultrason Sonochem 19, 85 (2012); https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2011.05.007.

F. Wang, X. Qin, Z. Guo, Y. Meng, L. Yang, Y. Ming, Ceram Int. 39, 8969 (2013); https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.04.096.

Y. Fang, Z. Li, S. Xu, D. Han, D. Lu, J Alloy Compd. 575, 359 (2013); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.05.183.

S.K. Lim, S.-H. Hwang, S. Kim, H. Park, Sens Actuators B Chem. 160, 94 (2011).

S. Jiao, K. Zhang, S. Bai, H. Li, S. Gao, H. Li, Electrochim Acta. 111, 64 (2013); http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2013.08.050.

D.Y. Jiang, J.X. Zhao, M. Zhao, Q.C. Liang, S. Gao, J.M. Qin, J. Alloy Compd. 532, 31 (2012); http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.03.114.

X. Ma, J. Zhang, J. Lu, Z. Ye, Appl Surf Sci. 257, 1310 (2010); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.08.057.

W. Ouyang, J. Zhu, Mater Lett. 62, 124 (2008); https://doi.org/10.1016/j.matlet.2007.12.051.

N. Zhang, R. Yi, R. Shi, G. Gao, G. Chen, X. Liu, Mater Lett. 63, 35 (2009); https://doi.org/10.1016/j.matlet.2008.11.046.

C-H. Lee, D-W. Kim, Thin Solid Films 546, 38 (2013); https://doi.org/10.1016/j.tsf.2013.05.029.

P. Hu, N. Han, D. Zhang, J.C. Ho, Y. Chen, Sens Actuators B Chem. 169, 74 (2012); https://doi.org/10.1016/j.snb.2012.03.035.

C. Wang, Z. Chen, H. Hu, D. Zhang, Phys B Condens Matter. 404, 4075 (2009).

E.S. Jang, J-H. Won, S-J. Hwang, J-H. Choy, Adv Mater. 18, 3309 (2006); https://doi.org/10.1002/adma.200601455.

X. Zhang, J. Qin, Y. Xue, P. Yu, B. Zhang, L. Wang, Sci Rep. 4, 4596 (2014); https://doi.org/10.1038/srep04596.

S. Zavar, Arab J Chem. 10, 67 (2017); https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2012.07.011.

N.K. Hassan, M.R. Hashim, M. Bououdina, Ceram Int. 39, 7439 (2013); https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.02.088.

D. Ju, H. Xu, J. Zhang, J. Guo, B. Cao, Sens Actuators B Chem. 201, 444 (2014); https://doi.org/10.1016/j.snb.2014.04.072.

S. Yue, J. Lu, J. Zhang, Mater Chem Phys. 117, 657 (2009).

Reza Mahdavi, S. Siamak Ashraf Talesh, Adv. Powder Technol. 28, 1418 (2017); https://doi.org/10.1016/j.apt.2017.03.014.

M. Ahmed, E. Ahmed, Yuewei Zhang, N.R. Khalid, Jianfeng Xu, M. Ullah, Zhanglian Hong, Curr Appl Phys. 13, 697 (2013); https://doi.org/10.1016/j.cap.2012.11.008.

Yumin Wang, Xia Zhang, Chao Hou, Nano-Structures & Nano-Objects. 16, 250 (2018); https://doi.org/10.1016/j.nanoso.2018.07.001.

Angelica Gonçalves Oliveira, Jessica de Lara Andrade, Maiara Camotti Montanha, Sandro Marcio Lima, Luis Humberto da Cunha Andrade, Ana Adelina Winkler Hechenleitner, Edgardo Alfonso Gomez Pineda, Daniela Martins Fernandes de Oliveira, J. Environ. Manage. 240, 485 (2019); https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.03.124.

Chun Li, Ruisheng Hu, Tingting Zhou, Haitao Wu, Kunpeng Song, Xiaoxia Liu, Ruida Wang, Mater. Lett. 124, 81 (2014); https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.03.056.

Tio Mahardika, Nur Ajrina Putri, Anita Eka Putri , Vivi Fauzia, Liszulfah Roza, Iwan Sugihartono, Yuliati Herbani, Results Phys. 13, 102209 (2019); https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.102209.

Yutong Liu, Qiuping Zhang, Ming Xu, Huan Yuan, Yu Chen, Jiaxi Zhang, Kaiyi Luo, Jingquan Zhang, Biao You, Appl. Surf. Sci. 476, 632 (2019); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.01.137.

Xueli Li, Sisi He, Xuesheng Liu, Junsu Jin, Hong Meng, Ceram. Int. 45, 494 (2019); https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.09.195.

Qun Ma, Xiangzhou Lv, Yongqian Wang, Jieyu Chen, Opt. Mater. 60, 86 (2016); https://doi.org/10.1016/j.optmat.2016.07.014.

M.N. Goswami, P.K. Mahapatra, Physica E. 104, 254 (2018); https://doi.org/10.1016/j.physe.2018.07.042.

Nimisha N. Kumaran, K. Muraleedharan, J. Water Process Eng.17, 264 (2017); https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2017.04.014.

I. Neelakanta Reddy, Ch. Venkata Reddy, M. Sreedhar, Jaesool Shim, Migyung Cho, Dongseo Kim, Mater. Sci. Eng. B. 240, 33 (2019); https://doi.org/10.1016/j.mseb.2019.01.002.

Numan Salah, A. Hameed, M. Aslam, Saeed S. Babkair, F.S. Bahabri, J. Environ. Manage. 177, 53 (2016); https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2016.04.007.

Jihui Lang, Jiaying Wang, Qi Zhang, Xiuyan Li, Qiang Han, Maobin Wei, Yingrui Sui, Dandan Wang, Jinghai Yang, Ceram. Int. 42, 14175 (2016); https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.06.042.

P. Visali, R. Bhuvaneswari, Optik. 202, 16706 (2019); https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2019.163706.

N. Zarei, M.A. Behnajady, Desalination and Water Treatment. 32, 1 (2015); https://doi.org/10.1080/19443994.2015.1083479.

A. Samanta, M.N. Goswami, P.K. Mahapatra, Physica E: Low dimensional Systems and Nanostructures. 104, 87 (2018); https://doi.org/10.1016/j.physe.2018.07.042.

C. Abed, C. Bouzidi, H. Elhouichet, B. Gelloz, M. Ferid, Applied Surface Science. 349, 855 (2015); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.05.078.

T. Jia, W. Wang, F. Long, Z. Fu, H. Wang, Q. Zhang, J. Alloys Compd. 484, 410 (2009); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.04.153.

N. Clament Sagaya Selvam, J. Judith Vijaya, L. John Kennedy, Journal of Colloid and Interface Science. 407, 215 (2013); https://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.06.004.

S. Anandan, M. Miyauchi, Electrochemistry 79, 842 (2011); 10.5796/electrochemistry.79.842.

K. Qi, B. Cheng, J. Yu, W. Ho, J. Alloys Compd. 727, 792 (2017); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.08.142.

A. Hui, J. Ma, J. Liu, Y. Bao, J. Zhang, J. Alloys Compd. 696, 639 (2017); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.10.319.

X. Li, Z. Hu, J. Liu, D. Li, X. Zhang, J. Chen, J. Fang, Appl. Catal. B 195, 29 (2016); https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.05.002.

H. Benhebal, M. Chaib, C. Malengreaux, S.D. Lambert, A. Leonard, M. Crine, B. Heinrichs, J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 45, 249 (2014); https://doi.org/10.1016/j.jtice.2013.04.003.

J. Lv, F. Shang, G. Pan, F. Wang, Z. Zhou, C. Liu, W. Gong, Z. Zi, X. Chen, G. He, J. Mater. Sci. Mater. Electron. 25, 882 (2014); https://doi.org/10.1007/s10854-013-1660-x.

H. Zhao, F. Tian, R. Wang, R. Chen, Adv. Sci. Eng. 3, 3 (2014); https://doi.org/10.1166/rase.2014.1050.

Y. Zong, Z. Li, X. Wang, J. Ma, Y. Men, Ceram. Int. 40, 10375 (2014); 10.1016/j.ceramint.2014.02.123.

R. Raji, K.G. Gopchandran, Journal of Hazardous Materials. 368, 345 (2019); https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.01.052.

X. Bian, K. Hong, X. Ge, R. Song, L. Liu, J. Phys. Chem. C. 119, 1700 (2015); https://doi.org/10.1021/jp5108312.

C. Borgohaina, K.K. Senapatia, K.C. Sarmab, P. Prodeep, J. Mol. Catal. A. Chem. 363, 495 (2012); https://doi.org/10.1016/j.molcata.2012.07.032.

R.B. Reed, D.A. Ladner, C.P. Higgins, P. Westerhoff, J.F. Ranville, Environ. Toxicol. Chem. 31, 93 (2012); https://doi.org/10.1002/etc.708.

Y. Zhang, R.T. Nayak, H. Hong, W. Cai, Curr. Mol. Med. 13, 1633 (2013).

R. Brayner, R. Ferrari-Iliou, N. Brivois, S. Djediat, M.F. Benedetti, F. Fie ´vet, Nano Lett. 6, 866 (2006); https://doi.org/10.1021/nl052326h.

K. Kasemets, A. Ivask, H.-C. Dubourguier, A. Kahru, Toxicol. In Vitro. 23, 1116 (2009); https://doi.org/10.1016/j.tiv.2009.05.015.

R. Jalal, E.K. Goharshadi, M. Abareshi, M. Moosavi, A. Youseﬁ, P. Nancarrow, Mater. Chem. Phys. 121, 198 (2010); https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2010.01.020.

A. Lipovsky, Y. Nitzan, A. Gedanken, R. Lubart, Nanotechnology 22, 105101 (2011); https://doi.org/10.1088/0957-4484/22/10/105101.

Amna Sirelkhatim, Shahrom Mahmud, Azman Seeni, Noor Haida Mohamad Kaus, Ling Chuo Ann, Siti Khadijah Mohd Bakhori, Habsah Hasan & Dasmawati Mohamad, Nano-Micro Lett. 7, 219 (2015); https://doi.org/10.1007/s40820-015-0040-x.

T. Xia, M. Kovochich, M. Liong, L. Ma¨dler, B. Gilbert, H. Shi, J.I. Yeh, J.I. Zink, A.E. Nel, ACS Nano. 2, 2121 (2008); https://doi.org/10.1021/nn800511k.

J. Sawai, E. Kawada, F. Kanou, H. Igarashi, A. Hashimoto, T. Kokugan, M. Shimizu, J. Chem. Eng. Jpn. 29, 627 (1996); https://doi.org/10.1252/jcej.29.627.

S. Pal, Y.K. Tak, J.M. Song, Appl. Environ. Microbiol. 73, 1712 (2007); https://doi.org/10.1128/AEM.02218-06.

H. Yang, C. Liu, D. Yang, H. Zhang, Z. Xi, J. Appl. Toxicol. 29, 69 (2009); https://doi.org/10.1002/jat.1385.

E. Russo, N. Gaglianone, S. Baldassari, B. Parodi, S. Cafaggi, C. Zibana, M. Donalisio, V. Cagno, D. Lembo, G. Caviglioli, Colloids Surf. B Biointerfaces 118, 117 (2014); https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2014.03.037.

S. Chaudhuri, J.A. Symons, J. Deval, Antivir. Res. 155, 76 (2018); https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2018.05.005.

H.F. Hang, H.R. Peng, H.Y. Song, Z.T. Qi, X.H. Miao, W.S. Xu, J. Virol. Meth. 222, 150 (2015); https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2015.06.010.

H. Ghaari, A. Tavakoli, A. Moradi, A. Tabarraei, F. Bokharaei-Salim, M. Zahmatkeshan, M. Farahmand, D. Javanmard, S.J. Kiani, M. Esghaei, V. Pirhajati-Mahabadi, S.H. Monavari, A. Ataei-Pirkooh, J. Biomed. Sci. 26, 1 (2019); https://doi.org/10.1186/s12929-019-0563-4.

N.A. Mazurkova, Y.E. Spitsyna, N.V. Shikina, Z.R. Ismagilov, S.N. Zagrebel’nyi, E.I. Ryabchikova, Nanotechnol. Russ. 5, 417 (2010); https://doi.org/10.1134/S1995078010050174.

B. Surnar, M.Z. Kamran, A.S. Shah, U. Basu, N. Kolishetti, S. Deo, D.T. Jayaweera, S. Daunert, S. Dhar, ACS Nano. 13, 11034 (2019); https://doi.org/10.1021/acsnano.9b02807.