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Layered SnS2 co-doped with Er3+/Yb3+for enhanced visible-light photocatalysis

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Autor(es):
Da Costa, Ana Carla ; Serge, Nayara De Melo Costa ; Guidorzi, Maria Vitoria ; Borges, Fernanda Hediger ; Acosta, Ana Beatriz ; Ullah, Sajjad ; De Moraes, Luiz Alberto Beraldo ; Tedesco, Antonio Claudio ; Goncalves, Rogeria Rocha
Número total de Autores: 9
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: Optical Materials; v. 169, p. 13-pg., 2025-11-03.
Resumo

Developing photocatalytic nanomaterials with improved physicochemical properties (broader light absorption range, high visible light-induced photoactivity, large adsorption capacity, and tailored defects density) and pollutants removal efficiency is important for different photochemical applications, especially emerging pollutants remediation. In this study, visible light active SnS2 nanosheets co-doped with 1.5 mol% Er3+ and 3 mol% Yb3+ (coded as SEY) were synthesized via hydrothermal method and applied for the photocatalytic degradation of three different antibiotics, tetracycline hydrochloride (THC), sulfamethazine (SMZ), and sulfadiazine (SDZ), under visible LED irradiation. Compared to pristine SnS2 (kobs = 0.006 min-1), the doped SEY exhibited 3.5 times higher removal efficiency (kobs. = 0.021 min-1), removing 95 % of THC and 89 % of SMZ after 120 min. The RE doping induced the formation of structural defects (stacking faults and interstitial defects) confirmed by HR-TEM and EELS, which contributed to improved extended visible light absorption. Thermal treatment of SEY samples at 350 degrees C and 750 degrees C resulted in the formation of SEY_350 (SnS2/SnO2) and SEY_750 (SnO2), respectively, indicating partial and complete phase transformation. Annealing-induced crystallization into nanostructured cassiterite SnO2 resulted in marked decrease in photocatalytic activity (kobs. = 0.004 min-1), due to its wider band gap (3.6 eV) and reduced visible light absorption. EPR spin-trapping with DMPO revealed the formation of both hydroxyl and superoxide radicals in the degradation process, while the involvement of photogenerated holes (h+) was confirmed through scavenger experiments using EDTA. These results indicate that multiple reactive oxygen species contribute synergistically to the degradation of antibiotics. These findings demonstrate that RE ion doping effectively tunes the structural defects and visible-light-driven photocatalytic response of SnS2, enabling its application as an efficient dual-function adsorbent-photocatalyst for the removal of antibiotics in water treatment applications. (AU)

Processo FAPESP: 23/04112-0 - Esfera flutuantes de aerogel a base de nanocelulose bacteriana (bcs) como suporte poroso para fotocatalisadores óxidos/sulfetos de metais e nanopartículas de conversão ascendente para purificação de água em fluxo contínuo em reator fotocatalitico avançado
Beneficiário:Rogéria Rocha Gonçalves
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Pesquisador Visitante - Internacional
Processo FAPESP: 24/05947-0 - "Desenvolvimento de Materiais 2D a base de Sulfeto e Óxido de Estanho Dopados com Íons Terras Raras para Aplicação em Fotocatálise Heterogênea assistida por luz visível"
Beneficiário:Ana Carla da Costa
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
Processo FAPESP: 20/00277-6 - Desenvolvimento de materiais nanoparticulados de tantalatos de terras raras dopados com íons lantanídeos para aplicações em Fotônica
Beneficiário:Fernanda Hediger Borges Ribeiro
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
Processo FAPESP: 24/16925-8 - Cobre-cisteamina/Hidróxidos Duplos Lamelares com lantanídeos para aplicações ambientais: detecção de resíduos farmacêuticos e degradação por fotocatálise heterogênea
Beneficiário:Nayara de Melo Costa Serge
Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
Processo FAPESP: 20/05319-9 - Plataformas multifuncionais a base de materiais nanoestruturados luminescentes dopados com íons lantanídeos com potencial aplicação em fotônica e teranóstica
Beneficiário:Rogéria Rocha Gonçalves
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
Processo FAPESP: 17/11301-2 - Materiais luminescentes micro e nanoestruturados dopados com terras raras: propriedades e aplicações
Beneficiário:Rogéria Rocha Gonçalves
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
Processo FAPESP: 23/07220-8 - Desenvolvimento de Sistemas Hidróxidos Duplos Lamelares/Nanopartículas Cobre-Cisteamina para Aplicações Ambientais: Degradação de Fármacos, Inativação de Patógenos e Sensoriamento
Beneficiário:Nayara de Melo Costa Serge
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado