Theory-guided doping of LaCoO3 nanoparticles for enhanced antimicrobial performance

光催化 钙钛矿(结构) 阳离子聚合 氧气 兴奋剂 材料科学 吸附 分子 催化作用 纳米技术 化学 化学工程 无机化学 物理化学 结晶学 有机化学 高分子化学 光电子学 工程类
作者
Junli Liu,Kaitao Zhang,Rongrong Shang,Hua Zhang,Jiahao Shen,Hui Liu,John Tressel,Yan Bao,Aiping Hui,Haijiao Xie,Shaowei Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:464: 142710-142710 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.142710
摘要

Perovskite-type lanthanum cobaltate (LaCoO3) has been attracting extensive attention in photocatalysis; yet the performance is generally limited by the low structural defects and poor oxygen migration. Herein, results from first principles calculations show that Al and Ce codoping at the A and B sites of LaCoO3 can induce the formation of oxygen vacancies, which, along with the exposed Co (0 1 2) facets, facilitate the adsorption of oxygen and water molecules, a critical step in the photocatalytic production of reactive oxygen species that are known as potent antimicrobial agents. Motivated by these theoretical insights, Ce and Al codoped LaCoO3 is prepared experimentally via a simple sol–gel procedure. Spectroscopic measurements show that the cationic doping leads to the generation of abundant oxygen vacancies and Ce4+/Ce3+ species, fast electron transport, as well as a reduced band gap, as compared to the undoped counterpart. These unique structural characteristics enhance the separation and transport of photogenerated carriers and hence the generation of reactive oxygen species. Indeed, the obtained La0.9Ce0.1Co0.9Al0.1O3 exhibits excellent photocatalytic antibacterial activity, where 98.8% of Escherichia coli is eliminated with La0.9Ce0.1Co0.9Al0.1O3 at 1 mg mL−1 under visible photoirradiation for 30 min, in comparison to only 46.8% with undoped LaCoO3. These results underline the significance of structural engineering in enhancing the photocatalytic activity of perovskite materials for antibacterial applications.
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