Tea waste derived activated carbon as a multifunctional photoactive material for visible light dye degradation with optical dielectric and electrochemical investigation

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Materials science researchers can learn about structure-property relationships in biomass-derived photocatalysts.

抄録 持続可能な金属を含まない光触媒をバイオマス廃棄物から開発することは、グリーンエネルギーおよび環境修復用途において非常に望ましい。本研究では、茶廃棄物由来の活性炭を制御された炭化と化学的活性化により合成し、可視光駆動による有機染料分解のための多機能光活性材料として評価した。包括的な構造、表面、光学、誘電、および電気化学的特性評価により、酸素含有官能基に富む階層的多孔質炭素骨格、狭い光学バンドギャップ（約1.54 eV）、良好な誘電応答、延長された電荷キャリア緩和時間、および効率的な電荷輸送挙動が明らかになった。これらの本質的特性により、効果的な光捕集、強化された電荷分離、および再結合の抑制が可能となり、活性炭は受動的吸着剤としての従来の役割を超えて機能することができる。光触媒性能は、メチルオレンジ、メチレンブルー、およびローダミンBに対して可視光照射下で調査され、メチレンブルーで約91%、ローダミンBで約93%の高い分解効率を達成し、メチルオレンジと比較して有意に速い擬一次反応速度を示した。活性種捕捉実験およびMulliken電気陰性度アプローチに基づくバンド構造推定により、分解機構は電子駆動の酸素還元経路が支配的であり、ヒドロキシルラジカルが主要な酸化種であることが明らかになった。活性炭はまた、複数の光触媒サイクルにわたって良好な再利用性と安定性を示した。本研究は、バイオマス由来活性炭の明確な構造-特性-性能関係を確立し、クリーンウォーター用途のための持続可能で低コストかつ金属を含まない光触媒としての可能性を実証する。これらの知見は、炭素駆動光触媒に関する新たな洞察を提供し、グリーンエネルギーおよびクリーン環境技術のためのバイオマス廃棄物の価値化を支持するものである。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Abstract The development of sustainable, metal-free photocatalysts from biomass waste is highly desirable for green energy and environmental remediation applications. In this work, a tea-waste-derived activated carbon was synthesized through controlled carbonization and chemical activation and evaluated as a multifunctional photoactive material for the visible-light-driven degradation of organic dyes. Comprehensive structural, surface, optical, dielectric, and electrochemical characterizations revealed a hierarchically porous carbon framework enriched with oxygen-containing functional groups, a narrow optical band gap (~ 1.54 eV), favorable dielectric response, prolonged charge carrier relaxation time, and efficient charge transport behavior. These intrinsic properties enable effective light harvesting, enhanced charge separation, and suppressed recombination, allowing the activated carbon to function beyond its conventional role as a passive adsorbent. The photocatalytic performance was investigated toward methyl orange, methylene blue, and rhodamine B under visible-light irradiation, achieving high degradation efficiencies of ~ 91% for methylene blue and ~ 93% for rhodamine B, with significantly faster pseudo-first-order kinetics compared to methyl orange. Reactive species trapping experiments and band structure estimation based on the Mulliken electronegativity approach revealed that the degradation mechanism is dominated by electron-driven oxygen reduction pathways, with hydroxyl radicals as the primary oxidative species. The activated carbon also exhibited good reusability and stability over multiple photocatalytic cycles. This study establishes clear structure–property–performance relationships for biomass-derived activated carbon and demonstrates its potential as a sustainable, low-cost, and metal-free photocatalyst for clean water applications. The findings provide new insights into carbon-driven photocatalysis and support the valorization of biomass waste for green energy and clean environment technologies.

• openalex https://doi.org/10.1007/s43939-026-00778-1first seen 2026-07-08 05:15:47