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Optimierung der TiO₂-Photokatalyse in mikro-optofluidischen Chip-Reaktoren mit magnetischer Felderhöhung

Zusammenfassung

Ein kleines externes Magnetfeld (100–1000 Oe) wurde demonstriert, um den photokatalytischen Abbau von Methylorange (MO) mit TiO₂-Nanopartikeln in mikro-optofluidischen Chip-Reaktoren (MOFC) zu verbessern. Die rechteckige Form des Fluidkanals und die nur auf dem unteren Glassubstrat abgeschiedene TiO₂-Schicht führen zu einer selektiven Verstärkung photokatalytischer Reaktionen durch das Magnetfeld in bestimmten Richtungen. Die Verwendung von Ethanol als Scavenger zeigte den Unterschied zwischen den generierten heißen Loch- (hVB⁺) und heißen Elektronen- (eCB⁻) Wegen photokatalytischer Reaktionen. Effekte von gelöstem Sauerstoff (DO) und Hydroxylionen (OH⁻) werden alle in einer magnetfeldverstärkten photokatalytischen Reaktion demonstriert. Die experimentellen Ergebnisse zeigen großes Potenzial für praktische Anwendungen mit kostengünstigen Festmagneten im Bereich der grünen Chemie.

Einleitung

Viele Methoden wurden vorgeschlagen, um die Leistung photokatalytischer Reaktionen zu verbessern, wie durch Materialmodifikation und Einführung neuer photokatalytischer Reaktortypen [1–4]. Materialmodifikation oder Verwendung von Kompositmaterialien [5–10] und Plasmabehandlung [11–13] wurden ebenfalls vorgeschlagen, um die photokatalytische Verarbeitungseffizienz zu steigern. Magnetische Photokatalysatoren haben großes Interesse geweckt, da sie nach Reaktionen leicht gesammelt und für weitere Wiederverwendung recycelt werden können. In einigen Studien wurde sogar gezeigt, dass ein extern angewendetes Magnetfeld die photokatalytische Verarbeitungseffizienz steigern kann [14–20]. Als nicht-magnetischer Photokatalysator wurden auch für TiO₂ unter einem externen Magnetfeld verbesserte Verarbeitungseffizienzen beobachtet. Allerdings wurde ein bemerkenswert starkes Magnetfeld, bis zu mehreren kOe oder 1 T, für observable Verbesserungen in photokatalytischen Reaktionen mit TiO₂ genutzt.

Das externe Magnetfeld kann photokatalytische Reaktionen durch Förderung des Ladungsträgertransports [20], Reduzierung der Rekombination lichtinduzierter heißer Ladungsträger [14] und Erzwingung der Migration oder Erhöhung der Stoffübertragungsrate geladener Chemikalien (Ionen) in Lösung (magnetohydrodynamischer (MHD) Effekt) [15] verbessern. DO wurde auch als wichtige Rolle in magnetfeldverstärkten photokatalytischen Reaktionen gemäß dem Oxygen-Acceleration-Near-Surface (OANS) Modell demonstriert [15–19]. Die Verwendung von Suspensionsbettreaktoren oder Festbettreaktoren in den Referenzarbeiten erforderte Magnetfelder bis zu 0,5–1,5 T (10⁴ Oe) [14–20], um eine spürbare Verbesserung photokatalytischer Reaktionen zu erzielen.

In der vorliegenden Studie wird demonstriert, dass die Anwendung eines kleinen Magnetfeldes (~100 Oe) den photokatalytischen Abbau von Methylorange in einem mikro-optofluidischen Chip-Reaktor steigert. Moderne grüne Chemie sucht nach geringem Energieverbrauch, kleinem Platzbedarf und geringem Abfall. Die photokatalytischen Reaktionsverbesserungen durch kleine Magnetfelder (leicht durch Festmagnete bereitstellbar) demonstrieren einen großen Fortschritt in der grünen Chemie.

Methode

Ein MOFC-Reaktor mit einem Polymerdeckel (UV-härtbarer Norland Optical Adhesive; NOA81) [1] wurde unter einem Magnetfeld in verschiedenen Richtungen platziert. Der MOFC-Reaktor wurde nach dem in Abb. 1a gezeigten Verfahren gefertigt.

Optimierung der TiO₂-Photokatalyse in mikro-optofluidischen Chip-Reaktoren mit magnetischer Felderhöhung

Schematische Darstellung von a dem Chip-Fertigungsprozess und b dem experimentellen Aufbau

TiO₂-NPs (Degussa, P25) wurden mit einer 0,5 ml Gel-Lösung (0,1 g P25 TiO₂-NPs in 100 ml DI-Wasser) auf der Oberfläche eines Glas-Mikroskopträgers abgeschieden, der nicht von Klebeband bedeckt war. Nach 48 h langsamer Trocknung an der Luft (abgedeckt unter einer Plastik-Petrischale) wurde das Klebeband entfernt. Schließlich wurde DI-Wasser verwendet, um die unfixierten TiO₂-NPs abzuwaschen, und der Träger wurde unter fließendem N₂-Gas getrocknet. Die mit P25 TiO₂-NPs beschichteten Glassubstrate (~0,5 mg in 1,5 × 2,5 cm²) waren dann bereit zur Versiegelung mit dem NOA81-Polymer-Oberdeckel (Hauptkörper des mikrofluidischen Chips).

Eine Silizium-Erstform wurde durch induktiv gekoppeltes Plasma-Tiefentrocknen nach Vorbereitung einer SiO₂-Hartmaske hergestellt. Der Polydimethylsiloxan (PDMS) Form wurde 20 min bei 75 °C gehärtet. Der NOA81-Polymerdeckel wurde unter UV-Lichtbestrahlung mit der PDMS-Form gefertigt. Die NOA81-Polymerdeckelschicht wurde schnell von der PDMS-Form abgezogen und mit zusätzlicher UV-Lichtbestrahlung auf einem Glasscheiben fixiert. Anschließend wurden zwei Löcher durch die NOA81-gekappte Schicht gebohrt. Zwei Spitzen wurden mit NOA81 verklebt und dienten als Ein- und Auslass der Mikroreaktionskammer.

NOA81 UV-Kleber (Norland Optical Adhesive 81) ist ein einkomponentiger flüssiger Klebstoff, der in Sekunden unter UV-Licht zu einem zähen, harten Polymer aushärtet. Interessanterweise kann er in einer PDMS-Form unter begrenzter UV-Belichtung weich aushärten. Die der PDMS-Formoberfläche zugewandte Oberfläche bleibt klebend für Glas. Daher konnte der in der PDMS-Form gehärtete NOA81-Oberdeckel leicht unter weiterer UV-Bestrahlung auf dem Glassubstrat fixiert werden. Die abgeschiedenen P25 TiO₂-NPs haften am mikro-optofluidischen Chip, ohne dass zusätzliche Plasmabehandlungen erforderlich sind, die typischerweise bei der Fertigung von mikrofluidischen Chips mit PDMS-Oberdeckel nötig sind. Dies ist vorteilhaft für die Vereinfachung des reproduzierbaren experimentellen Prozesses, da Plasmabehandlung die Sauerstoffvacanzen an der Oberfläche erhöht und die Materialeigenschaften der TiO₂-NPs verändert.

Abbildung 1b zeigt den experimentellen Aufbau der magnetfeldverstärkten photokatalytischen Reaktion. Der geschlossene Kreislauf umfasste einen mikro-optofluidischen Chip-Reaktor, weiche Schläuche (Tygon E-3603 Schlauch, Saint-Gobain Performance Plastics, USA) und eine Glasflasche. Eine Peristaltikpumpe trieb die Testlösung im geschlossenen Kreislauf zirkulieren. Ein hausgebautes System, das 468 nm Lichtabsorption nutzte, maß die minütliche Konzentration der Methylorange-Testlösung, die durch die Glasflasche floss. Eine 4-Watt-Niederdruck-Quecksilberlampe lieferte 254 nm UV-Licht zur Aktivierung der abgeschiedenen kommerziellen P25 TiO₂-Nanopartikel (NPs). Die Ausgangskonzentration der 20 ml Testlösung betrug 5 µM. In allen Experimenten diente ein Aluminiumreflektor als Lichtreflektor, um die Beleuchtungsintensität auf den abgeschiedenen TiO₂-NPs aufrechtzuerhalten und die Experimentatoren abzuschirmen.

Seltene-Erd-Neodym-Magnete (25 × 10 × 5 mm), die eine Legierung aus Nd, Fe und B enthalten, wurden in einem lokalen Buchladen gekauft und lieferten statische Magnetfelder bis zu 3000 Oe. Sie wurden angeordnet, um ein Magnetfeld normal oder parallel zur TiO₂-Schicht zu liefern (Abb. 2a, b). Die hochintensiven Magnetfeldbereiche nahe den Poren der Magnete wurden in dieser Studie nicht verwendet. Der normal angeordnete Magnet lieferte ein vertikales Magnetfeld von etwa 1000 Oe, wenn er etwa 5 mm über dem photokatalytischen Reaktionsbereich platziert war. Die lateral angeordneten Magnete (photokatalytischer Bereich zwischen den Magneten, Abstand zwischen Magneten ~6 cm) lieferten ein homogenes paralleles Magnetfeld (<5 % Abweichung) im Reaktionsbereich. Das Magnetfeld in x-Richtung (parallel zur Strömungsrichtung im mikrofluidischen Kanal) betrug weniger als 5 % von dem in y-Richtung im Reaktionsbereich. Daher konnten wir uns auf den Effekt des Magnetfeldes in y-Richtung (senkrecht zur Strömungsrichtung im mikrofluidischen Kanal) konzentrieren. Die abgeschiedenen P25 TiO₂-NPs waren unter UV-Lichtbestrahlung und dem Magnetfeld stabil. Das Röntgenbeugungsmuster der abgeschiedenen P25 TiO₂-NPs zeigte keine beobachtbaren Unterschiede vor und nach 3 h UV-Lichtbestrahlung unter einem ~1000 Oe Magnetfeld, wie in Abb. 2c gezeigt.

Optimierung der TiO₂-Photokatalyse in mikro-optofluidischen Chip-Reaktoren mit magnetischer Felderhöhung

Experimenteller Aufbau und Effekte der Anwendung eines Magnetfeldes zur Verstärkung einer photokatalytischen Reaktion. Verschiedene Anordnungen der Neodym-Magnete zur Bereitstellung von a einem normalen magnetischen (NM) Feld und b einem lateralen magnetischen (LM) Feld. c Röntgenbeugungsmuster vor und nach UV-Lichtbehandlung in einem ~1000 Oe Magnetfeld

Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse der 240 min (4 h) langen Experimente zeigen, dass die Anwendung eines externen vertikalen Magnetfeldes (B), wie in Abb. 2a und 6a gezeigt, auf den photokatalytischen Abbau von MO in einem MOFC-Reaktor die C/Co-Zerfallsrate erhöht (Abb. 3). Der photokatalytische Abbau von (5 µM Startkonzentration für alle Experimente) erfolgt in folgenden Schritten [17, 21]:

  1. (1) TiO₂ + hν → TiO₂ (hVB⁺) + TiO₂ (eCB⁻)
  2. (2) TiO₂ (hVB⁺) + H₂O → TiO₂ + H⁺ + OH⁻
  3. (3) TiO₂ (hVB⁺) + OH⁻ → TiO₂ + *OH
  4. (4) MO + *OH → Abbauprodukte
  5. (5) TiO₂ (eCB⁻) + O₂ → TiO₂ + *O₂⁻
  6. (6) *O₂⁻ + H⁺ → *HO₂
  7. (7) MO + *HO₂⁻ → Abbauprodukte
Optimierung der TiO₂-Photokatalyse in mikro-optofluidischen Chip-Reaktoren mit magnetischer Felderhöhung

Photokatalytischer Abbau von MO unter Anwendung von (a) einem vertikalen Magnetfeld mit und ohne EA und (b) verschiedenen Magnetfeldern

Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass das NM-Feld den gesamten degradierten Anteil von MO um den Faktor 1,78 erhöht, (1-B_V)/(1-ref). In den Experimenten mit Ethanol (EA) Zusatz erhöhte das externe Magnetfeld innerhalb einer Bearbeitungszeit von 4 h den gesamten degradierten Anteil von MO im eCB⁻-Pfad, (1-B_V_EA)/(1-EA).

Der Effekt der Anwendung eines lateralen magnetischen (LM) Feldes (Abb. 2b) wurde ebenfalls untersucht. Die Stärke des LM-Feldes wurde durch verschiedene Kombinationen von Magneten variiert. Paare von Magneten liefern verschiedene LM-Felder, die parallel zur Ebene der TiO₂-Abscheidung sind. Wie in Abb. 3b gezeigt, liefert ein Paar Neodym-Magnete (B-L) ein Magnetfeld bis zu 90 ± 5 Oe. Vier Paare und zwei Paare von Magneten (B-4L und B-2L in Abb. 3b) wurden ebenfalls verwendet, um die Auswirkungen erhöhter Magnetfeldstärke auf den photokatalytischen Abbau von MO zu untersuchen. In beiden Fällen wurde der Abbauwirkungsgrad im Vergleich zu dem durch das vertikal angewendete Magnetfeld (B-V, in Abb. 3b gezeigt) erhöht. Beachten Sie, dass die Stärke des vertikal angewendeten Magnetfeldes ~1000 Oe betrug, was viel stärker war als in der lateralen Anordnung. Daher war die Verbesserung des photokatalytischen Abbaus von MO durch die Anwendung eines LM-Feldes besser als durch die Anwendung des NM-Feldes.

Um die Auswirkungen des Magnetfeldes auf den chemischen Reaktionspfad weiter zu verstehen, untersuchten wir den photokatalytischen Abbau von MO mit und ohne EA unter LM-Feldbedingungen verschiedener Stärken (Abb. 4a). 0,16 ml EA wurden zu der 20 ml Testlösung hinzugefügt. EA diente als Scavenger [22, 23] der heißen Löcher, die in den TiO₂-NPs unter 254 nm Lichtbestrahlung erzeugt werden. Die lateral angewendeten Magnetfelder verstärkten den photokatalytischen Abbau von MO ohne EA positiv. In den Experimenten mit EA wurde jedoch kein offensichtlicher Unterschied bei Erhöhung der LM-Feldstärke beobachtet. Das hinzugefügte EA fungiert als Scavenger der lichtinduzierten heißen Löcher (hVB⁺). Die Reaktionsschritte 2, 3 und 6 wurden in den Experimenten mit EA unterdrückt. Die experimentellen Ergebnisse in Abb. 4a zeigen, dass die photokatalytischen Reaktionsschritte 5–7 des eCB⁻-Reaktionspfades nicht vom LM-Feld beeinflusst werden.

Optimierung der TiO₂-Photokatalyse in mikro-optofluidischen Chip-Reaktoren mit magnetischer Felderhöhung

Experimentelle Ergebnisse. a Photokatalytischer Abbau von MO durch Anwendung verschiedener Magnetfelder mit und ohne EA. b Effekte der Strömungsgeschwindigkeit in der magnetfeldverstärkten photokatalytischen Reaktion im mikro-optofluidischen Chip-Reaktor

Um den Effekt der Magnetfeldrichtung und der Dunkelnadsorption von MO-Molekülen auf die photokatalytische Reaktion weiter zu verstehen, wurden zusätzliche Experimente mit LM-Feldern in entgegengesetzten Richtungen durchgeführt, wie in Abb. 5a gezeigt. Das eingebettete Bild in Abb. 5a zeigt die Dunkelnadsorption von MO durch die abgeschiedenen P25 TiO₂-NPs ohne UV-Lichtbestrahlung in der ersten Stunde des Experiments. Das Magnetfeld in entgegengesetzten Richtungen (BM, FM) und das Experiment ohne Magnetfeld (No) lieferten ähnliche Ergebnisse im Dunkelnadsorptionsschritt. Nach der 1-stündigen Dunkelnadsorption wurde das UV-Licht eingeschaltet und der photokatalytische Abbau von MO begann. Die MO-photokatalytischen Abbauten mit LM-Feldern hatten höhere Verarbeitungseffizienz als ohne Magnetfeld (No), wie in Abb. 5 gezeigt.

Optimierung der TiO₂-Photokatalyse in mikro-optofluidischen Chip-Reaktoren mit magnetischer Felderhöhung

Magnetfeldeffekte auf Dunkelnadsorption und OH⁻-Migration. a Photokatalytischer Abbau von MO unter Anwendung von BM und FM. b Schematische Darstellung der magnetfeldinduzierten Migration von OH⁻ im mikro-optofluidischen Chip-Reaktor. c Schematische Darstellung der OH⁻-Migration durch elektrostatische Kraft im Fluidkanal im BM-Fall

Aus den experimentellen Ergebnissen von Abb. 4 und 5 wird angenommen, dass die erzwungene Bewegung von OH⁻ (Geschwindigkeit v und Ladung q = −e) durch magnetische Kraft (F_B = qv × B) die photokatalytische Reaktionswirkung erhöht. Nach der Hagen-Poiseuille-Gleichung kann die Strömungsgeschwindigkeit der ebenen Poiseuille-Strömung an verschiedenen Positionen (z) bezogen auf die Seitenwand des Fluidkanals einfach als v_z = v₀ z (h − z) beschrieben werden [24]; hier wirkt für typische Mikrofluidik v_z = 0 an der Oberseite (z = h) und der Unterseite (z = 0) als No-Slip-Randbedingung an der kleinsten Kanalbreitenachse, wie in Abb. 6 gezeigt. Daher ist v_max = v₀ bei halber Höhe des Mikroströmungskanals (z = h/2). Bei Anwendung eines externen Magnetfeldes drückt die externe magnetische Kraft Hydroxylionen (OH⁻) aus der Hochgeschwindigkeitszone in die Niedriggeschwindigkeitszone nahe dem abgeschiedenen TiO₂. Die OH⁻-Konzentration an der Kanalgrenze (z = 0, h) nimmt mit zunehmendem externem Magnetfeld zu und kann als „Ionenkondensation“ bezeichnet werden. In der statistischen Mechanik ist das chemische Potenzial von OH⁻ in einer Testlösung μ = k_B T log(n/n_Q) [25], wobei k_B die Boltzmann-Konstante, n die Konzentration von OH⁻ und n_Q = [(M k_B T / 2πℏ²)]^{3/2} die Quantenkonzentration von OH⁻ bei Temperatur T ist. M ist die Masse von OH⁻. ℏ ist die reduzierte Planck-Konstante. Daher werden die chemischen Potentiale μ_B = k_B T log(n/n_Q) von OH⁻ bei z = 0 und h durch das externe Feld B erhöht.

Optimierung der TiO₂-Photokatalyse in mikro-optofluidischen Chip-Reaktoren mit magnetischer Felderhöhung

a Photokatalytischer Abbau von MO unter verschiedenen Magnetfeldern mit und ohne EA. b Effekte der Strömungsgeschwindigkeit in der magnetfeldverstärkten photokatalytischen Reaktion im mikro-optofluidischen Chip-Reaktor. c Effekt der Ionenkondensation von OH in Mikrofluidik

Im BM-Fall zwingt das Magnetfeld die OH⁻-Ionen, sich aus dem Hochgeschwindigkeits-Zentralbereich in den Niedriggeschwindigkeits-Oberbereich ohne abgeschiedenes TiO₂ zu bewegen. Die akkumulierten OH⁻-Ionen stoßen sich elektrisch ab und diffundieren im Niedriggeschwindigkeitsbereich nahe der Wand des Fluidkanals, wie in Abb. 5c gezeigt. Die Konzentration von OH⁻ angrenzend an das abgeschiedene TiO₂ nimmt somit allmählich zu. Dies verbessert indirekt die Stoffübertragungsrate von OH⁻ zum abgeschiedenen TiO₂ im BM-Fall und verarbeitet die photokatalytischen Reaktionen mit höherer Effizienz im Vergleich zum Fall ohne Magnetfeldanwendung.

Abbildung 4b zeigt den Effekt der Strömungsgeschwindigkeit auf die magnetfeldverstärkte photokatalytische Reaktion in einem mikro-optofluidischen Chip-Reaktor. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit oder der Bewegungsgeschwindigkeit der geladenen Ionen (v) zu einer Abnahme der photokatalytischen Abbauwirkung und einer Verringerung der Verweilzeit des Materials im Fluidchip führt. Dies führt zu einem signifikanten Rückgang der Erzeugungsrate von *OH. Insgesamt führt eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit zu einer kleinen, aber noch beobachtbaren Abnahme des heißen-Elektronen-Pfades der photokatalytischen Reaktion.

Im NM-Feld-Fall (Abb. 3a) wird OH⁻ gezwungen, sich kreisförmig in der Ebene parallel zur abgeschiedenen TiO₂-Schicht zu bewegen. Dies erhöht auch die Stoffübertragungsrate im Fluid und die photokatalytische Verarbeitungseffizienz, wie in Abb. 4 gezeigt. Allerdings kann die Zugabe von EA den heißen-Loch-Pfad des MO-photokatalytischen Abbauweges im Mikrofluid nicht unterdrücken. Das große Magnetfeld (~1000 Oe) kann photokatalytische Reaktionen durch einen komplexen Mechanismus über die Migration oder Kondensation von OH⁻ in den Mikrofluiden hinaus verstärken. Das bedeutet, dass ein riesiges Magnetfeld den Effekt der Zugabe des heißen-Loch-Scavengers (EA) teilweise überwinden kann.

In den Referenzarbeiten wurde der OANS-Effekt [16–19] als verantwortlich für den Magnetfeldeffekt bei der Verstärkung photokatalytischer Reaktionen vorgeschlagen. Ein zusätzliches Experiment in den magnetfeldunterstützten photokatalytischen Reaktionen wurde auch bezüglich des gelösten Sauerstoffs nach demselben experimentellen Verfahren wie in Abb. 5 durchgeführt. Die DO-Werte wurden mit einem DO-Messgerät (DO-5510, Lutron Electronic Enterprise Co. Ltd.) gemessen. Der ursprüngliche DO-Gehalt wurde durch Einblasen von Luft in die Testlösung verändert. Der finale C/Co nimmt grob mit der Erhöhung der DO-Konzentration ab. Daher hängt die Verarbeitungseffizienz der magnetischen photokatalytischen Reaktionen positiv von der initialen DO ab. Die Ergebnisse zeigen auch, dass, wie in Abb. 7b gezeigt, der negative Unterschied zwischen gelöstem Sauerstoff vor und nach dem Prozess bedeutet, dass auch Sauerstoffgenerierung im Prozess stattfindet. Dies könnte von der photokatalytischen Erzeugung von Sauerstoff stammen.

Optimierung der TiO₂-Photokatalyse in mikro-optofluidischen Chip-Reaktoren mit magnetischer Felderhöhung

Magnetfeldbeeinflusster photokatalytischer Abbau von MO unter Anwendung von BM und FM mit verschiedenen Konzentrationen gelösten Sauerstoffs. a Finaler C/Co und b Unterschied im (verbrauchten) gelösten Sauerstoff vor und nach dem Prozess

Der OANS-Effekt besagt, dass Sauerstoffmoleküle komplexe Chemikalien mit Farbstoffmolekülen bilden und unter externer Lichtbestrahlung und Magnetfeld zur Oberfläche des Photokatalysators gezogen werden. Dies führt zu einer Verstärkung der magnetischen photokatalytischen Reaktion. Allerdings wird die Erzeugung von Sauerstoff auch die induzierten hVB⁺ verbrauchen. Daher führen OANS-Effekt und photokatalytische Sauerstoffgenerierung zu niedriger photokatalytischer MO-Abbauwirkung, wenn die initiale DO-Konzentration in der Testlösung niedrig ist.

Fazit

Die Auswirkungen eines kleinen Magnetfeldes (100–1000 Oe) auf eine photokatalytische Reaktion mit TiO₂-NPs wurden durch Anwendung verschiedener Magnetfelder auf mikro-optofluidische Chip-Reaktoren aufgeklärt. Der rechteckige Fluidkanal und die nur auf die Substratoberfläche abgeschiedene TiO₂ führen zu Studien mit Magnetfeld in spezifischen Richtungen. Die Verwendung von EA als Scavenger-Zusatz ermöglichte fokussierte Studien auf den heißen-Loch- und heißen-Elektronen-photokatalytischen Reaktionswegen. Ein kleines lateral angeordnetes Magnetfeld beeinflusst hauptsächlich die Migration von Ionen in den Mikrofluiden. Die Konzentration des gelösten Sauerstoffs (DO) beeinflusst die Verarbeitungseffizienz der magnetfeldbeeinflussten photokatalytischen Reaktionen stark. Neodym-Magnete können ein konstantes Magnetfeld liefern und ermöglichen photokatalytische Reaktionsverbesserungen ohne zusätzliche Energiezufuhr. Daher bestätigen unsere Ergebnisse, dass die Anwendung eines kleineren statischen Magnetfeldes photokatalytische Reaktionen verbessern kann, was dieses Phänomen in die Prinzipien der grünen Chemie zurückführt.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

Abkürzungen

C/Co:
Verbleibendes Verhältnis der Zielreaktanten, hier MO
DO:
Gelöster Sauerstoff
EA:
Ethanol
eCB⁻:
Heiße Elektronen im Leitungsband
hVB⁺:
Heiße Löcher im Valenzband
LM:
Laterales Magnetfeld
MHD:
Magnetohydrodynamisch
MO:
Methylorange
MOFC:
Mikro-optofluidischer Chip
NM:
Normales Magnetfeld
NPs:
Nanopartikel
OANS:
Oxygen-Acceleration-Near-Surface
Oe:
Oersted, Einheit des auxiliären Magnetfeldes H im CGS-System
OH⁻:
Hydroxylion
QHCs:
Quantum heiße Ladungsträger
T:
Tesla (Symbol T) ist eine abgeleitete Einheit der magnetischen Feldstärke (auch magnetische Flussdichte) im SI-System.
UV:
Ultraviolett

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