Dvoumodový katalytický rozklad diklofenaku pomocí kompozitů TiO₂/MnOx modifikovaných oxidem měďnatým: poznatky z aktivace ve tmě a za UV-A záření

Diklofenak sodný (DCF), široce používané nesteroidní protizánětlivé léčivo, je perzistentní farmaceutický kontaminant, který odolává odstranění konvenčními metodami čištění odpadních vod. V této studii byly vyvinuty kompozity TiO₂/MnOx modifikované CuO jako multifunkční katalyzátory pro rozklad DCF za podmínek tmy i UV-A záření. Materiály vykazovaly dvoumodovou reaktivitu prostřednictvím odlišných mechanismů: (i) neradikálový oxidační rozklad ve tmě a (ii) radikálově zprostředkovaná fotokatalýza za pomoci UV-A záření. Při osvitu UV-A zářením vzniklo na rozhraní mezi CuO, MnOx a TiO₂ heteropřechodové uspořádání typu p–n–p, které generovalo vnitřní elektrická pole a usměrňovalo migraci nosičů náboje – elektrony proudily z vodivostního pásu TiO₂ směrem k oblastem CuO a MnOx, zatímco díry proudily opačným směrem. Toto prostorové oddělení nábojů potlačilo jejich rekombinaci a umožnilo trvalý redoxní cyklus mezi Cu²⁺/Cu⁺ a Mn⁴⁺/Mn³⁺, čímž se podporovala kontinuální tvorba reaktivních forem kyslíku (ROS). V nepřítomnosti světla probíhal rozklad DCF prostřednictvím neradikálových oxidačních drah za účasti reaktivních kyslíkatých částic vázaných na povrchu a redoxně aktivních kovových center. Povrchově citlivá analýza XPS a kvantifikace hydroxylových skupin (TOTH) odhalily zvýšený poměr Mn³⁺/Mn⁴⁺, obohacení povrchu o mřížkový kyslík a vysokou hustotu –OH skupin u nejaktivnějších katalyzátorů. Tyto vlastnosti společně usnadnily adsorpci polutantů, aktivaci kyslíku a trvalý přenos elektronů na rozhraní. Analýza LC-MS/MS potvrdila konzistentní degradační dráhu v obou režimech, zahrnující hydroxylaci, dekarboxylaci a dechloraci DCF. Katalyzátory Cu/5Ti5Mn-HT a Cu/8Ti2Mn-HT dosáhly výjimečných degradačních účinností ve tmě (~99,8 % a ~99,4 %), zatímco Cu/TiO₂ vykázal nejvyšší fotokatalytickou účinnost s využitím UV-A záření (~42 %). Tyto výsledky ukazují synergickou výhodu redoxně aktivních kovových oxidů a mezifázového rozhraní, čímž se kompozity CuO–MnOx–TiO₂ jeví jako slibní kandidáti pro pokročilou dekontaminaci farmaceutických znečišťujících látek.

Zdroj: ISSA, Gloria; KŘÍŽENECKÁ, Sylvie; BEZDIČKA, Petr; POPELKOVÁ, Daniela; KORMUNDA, Martin et al. Dual-mode catalytic degradation of diclofenac by copper oxide-modified TiO2/MnOx composites: insights from dark and UV-A activation. Online. Catalysis Science & Technology. 2025. ISSN 2044-4753. Dostupné z: https://doi.org/10.1039/d4cy01400f.

Archiv ostatních publikovaných článků naleznete zde