Фотокатализатор TiO2: как работает, как оценить
В настоящее время наблюдается все возрастающий интерес к применению фотокатализатора на основе оксида титана (TiO2). Фотокатализ является достаточно недорогой и легко применяемой технологией, способной решать многие задачи, при этом не требуя практически никаких затрат в процессе эксплуатации. Для фотокатализа нужен сам катализатор (TiO2), который не расходуется, и солнечный свет или ультрафиолетовое излучение.
Как работает фотокатализатор TiO2
Оксид титана при поглощении кванта света с энергией более 3,2 эВ (это свет с длиной волны менее 385 нм – ультрафиолет) генерирует свободные носители зарядов – отрицательные электроны и положительные вакансии (дырки).
Электроны и дырки, выходя на поверхность TiO2, вступают в окислительно-восстановительные реакции с кислородом и парами воды из воздуха либо водой. В процессе этих реакций образуются сильные окислители (О2-, -ОН, и радикалы), которые непосредственно и взаимодействуют с различными органическими загрязнениями.
Образование такого рода частиц делает поверхность TiO2 очень сильным окислителем, что позволяет разлагать вредные вещества путем их фотокаталитического окисления до безопасных h3O и СО2.
Следует отметить, что оксид титана, который встречается в природе в различных модификациях (анатаз, рутил, брукит) как правило, не является фотокатализатором. Для получения фотокаталитических свойств TiO2 должен быть синтезирован в определенных условиях и иметь наноразмерную структуру.
Процесс вакуумно-плазменного нанесения позволяет получать высокоэффективные фотокаталитические покрытия TiO2 наноструктурного размера, а также легировать получаемые покрытия в процессе нанесения. Легирование, например азотом, уменьшает ширину запрещенной зоны полупроводника (TiO2). Это позволяет оксиду титана генерировать электроны и дырки как при ультрафиолетовом излучении, так и при некоторых длинах волн видимого света (это кванты света с более низкой энергией).
Другими словами, за счет легирования оксида титана может повышаться его эффективность.
Чем удобен в использовании фотокатализатор TiO2, полученный в процессе вакуумно-плазменного напыления
Возможно нанесение на различные поверхности, хорошая адгезия к разным материалам.
На сегодняшний день существует несколько различных технологий по получению фотокаталитического оксида титана. Однако большинство методов позволяют получать только порошкообразный фотокатализатор, применение которого ограничено.
Это связано с трудностью освещения фотокатализатора и необходимостью выделения его из реакционной среды. В связи с этим основной акцент делается на создании наноструктурных покрытий из TiO2. Вакуумно-плазменное напыление позволяет нам получать эффективный, наноструктурный фотокатализатор на широком спектре поверхностей (стекло, металл, ткань и т.д.).
Покрытия из TiO2 обладают высокой адгезией к поверхности, не отваливаются и не смываются. Любую поверхность с напылением из TiO2 легко позиционировать для облучения светом, в отличие от порошков, которые надо еще как-то разместить и зафиксировать на поверхности.
Легко интегрировать в существующие и новые УФ устройства.
Возможность наносить TiO2 на поверхности деталей в устройствах ультрафиолетовых очистителей и обеззараживателей позволяет многократно улучшить их характеристики. При этом не потребуется вносить какие-либо значимые конструктивные изменения в данные устройства.
Возможность наносить на большие по площади поверхности. Важно для эффективной очистки и, особенно, для промышленных установок.
Наиболее высокая эффективность любых фотокаталитических устройств напрямую зависит от площади поверхности фотокатализатора, контактирующей с очищаемой средой (воздух, вода). Другими словами: чем больше площадь освещенного УФ фотокатализатора, тем эффективнее будет очистка и обеззараживание.
Это особенно важно для различных промышленных установок, где потоки очищаемого воздуха могут быть очень значительными. В таких установках площадь панелей с фотокатализатором, которые размещаются в воздуховодах, может быть десятки или даже сотни квадратных метров.
Как оценить работу фотокатализатора TiO2
Существуют различные методики оценки фотокаталитической активности как отдельно фотокатализаторов, так и фотокаталитических фильтров и устройств в целом.
Для TiO2 на сплошной поверхности одним из самых простых методов является оценка краевого угла смачивания. Как известно, фотокаталитический TiO2 после облучения УФ светом обладает гидрофильными свойствами. Капля воды смачивает поверхность и растекается.
Второй, более информативный метод оценки фотокатализатора – это оценка разложения органического красителя (потери цвета) за счет фотокатализа. Краситель может быть разный. Наиболее часто используют раствор метилена голубого, как наиболее наглядный.
На фото испытательная установка и результат теста по различным материалам подложки и разным фотокаталитическим покрытиям. Сравнительный тест: все подложки одинакового размера и погружены в одинаковый объем раствора метилена голубого.
В одном цикле подверглись облучению УФ источником с одинаковой интенсивностью и одинаковое время. Результат, как на фото, может быть оценен визуально, либо с применением спектрометрических приборов.
Методы, оценивающие воздействие фотокаталитических фильтров и устройств на вирусы, микробы, споры плесневых грибов, на разложение различных органических соединений — более сложны. Требуют соответствующего аналитического оборудования. Такими методами оценивают уже не только фотокатализатор. В большей степени идет оценка устройства в комплексе с выявлением преимуществ либо недостатков конкретной конструкции.
При проектировании и изготовлении фотокаталитических устройств необходимо учитывать различные факторы. Более подробно об этом можно ознакомиться в статье «Как сделать эффективный фотокаталитический фильтр». О различных областях применения можно ознакомится в статье «Применение фотокатализа и фотокаталитических покрытий».
Фотокатализ
Примеры фотокатализа мы можем встретить в природе — это процесс природного фотосинтеза, где хлорофилл выступает в роли фотокатализатора.
Слово фотокатализ состоит из двух греческих слов в переводе означающих свет и растворение, что полностью описывает происходящий процесс разрушения под воздействием света.
В процессе фотокатализа происходит ускорение химической реакции разложения органических соединений на углекислый газ и воду в присутствии катализ ора. Катализатор в процессе взаимодействия с УФ-облучением, ускоряет химическую реакцию, но сам не изменяется и не исчезает.
Первые упоминания о фотокатализе относятся к 1911 году. Немецкий химик Александр Эйбнер, в своем исследование описал концепцию освещения оксидом цинка (ZnO) при отбеливании темно-синего пигмента берлинской лазурью. Примерно в это же время Брунер и Козак опубликовали статью, в которой обсуждали разрушение щавелевой кислоты в присутствии солей уранила при освещении, а в 1913 году Лев Ландау опубликовал статью, объясняющую явление фотокатализа.
В современных фотокаталитических фильтрах для очистки воздуха в качестве фотокатализатора используют диоксид титана (TiO2).
Опыты, проводимые с 1938 года, доказали, что диоксид титана является высокостабильным и нетоксичным оксидом. При облучении утрафиолетовым светом приводит к образованию активных форм кислорода на поверхности фотокатализатора. Диоксид титана полностью нетоксичное, безопасное вещество, используемое для производства красок, пластмасс, косметики, лекарств.
Огромным прорывом в исследованиях фотокатализа стал 1972 год, когда японские ученые Акира Фудзишима и Кеничи Хонда обнаружили электрохимический фотолиз воды, происходящий между соединенными TiO2 и платиновыми электродами. Продуктами окисления органики при фотокатализе являются микроскопические количества воды и углекислоты в газообразной фазе.
Исследования и разработки в области фотокатализа, продолжаются и сегодня. Особенно актуальны вопросы глобальной очистки воды и воздуха.
В приборах с технологией TIOKRAFT в качестве катализатора используется наноструктурированный анатаз диоксида титана с зерном наногранул менее 40 нм, синтезированный на собственном производстве.
В результате исследований подтверждено, что данный материал показал наибольшую эффективность среди известных аналогов по степени окисления и разрушения различных органических веществ (включая вирусы, бактерии и прочие патогены). Высокая удельная поверхность катализатора позволяет создавать фотокаталитические элементы в компактном форм-факторе с большой удельной фильтрующей поверхностью на единицу изделия.
Носитель катализатора (в очистителях с технологией TIOKRAFT) имеет круглую или плоскую формы из спеченных высокопористых наносфер кварцевого стекла (технология производства защищена международными патентами). Особенностью этого материала является полная инертность, что исключает его разрушение с течением времени под действием фотокатализа. Это позволяет использовать фотокаталитический элемент практически вечно. Данная разработка многократно увеличивает эффективность окисления и степень очистки в приборах ТИОКРАФТ по сравнению с приборами, использующими носители из пористой керамики, решеток алюминия или полупрозрачных полимеров.
В 1985 году японский ученый Матсунага опубликовал работу, в которой впервые показал, что клетки микроорганизмов могут быть разрушены в водной среде при контакте с TiO2 под действием ультрафиолетового света c в течение 60-120 минут.
Высокая пористость кварцевых наносфер, составляющих фильтрующий элемент (носитель катализатора) в приборах с технологией TIOKRAFT, обеспечивает большую площадь для нанесения концентрата диоксида титана, тем самым позволяя увеличить удельную площадь фильтрационного элемента при сравнительно небольших габаритах самого прибора. Для сравнения, удельная фильтрационная поверхность приборов ТИОКРАФТ от 3300 кв..м и выше, а HEPA фильтров класса h23 составляет всего порядка 20-22 кв. м. на 1 кв.м. фильтра.
Благодаря пористости покрытия, сопоставимой с размерами микробов, огромной площадью реакции и высокой степени прозрачности материала фильтрационного элемента, стадия адсорбции микрофлоры в приборах ТИОКРАФТ происходит с максимальной эффективностью.
Результатом процесса очистки преимущественно являются пары воды и углекислый газ. Благодаря системе самоочистки накопления органических загрязнителей воздуха на фотокаталитизаторе не происходит.
Эффективность обеззараживания на пористых стеклянных фотокаталитических фильтрах слабо зависит от расхода воздуха через фильтр и интенсивности УФ — излучения. От интенсивности УФ-излучения зависит время гибели микрофлоры и время ее минерализации.
Обзор фотокатализатора на основе диоксида титана (TiO2) для очистки воды, добываемой на нефтяных месторождениях
1. Алиас Н.Х., Джаафар Дж., Самицу С., Мацуура Т., Исмаил А.Ф., Отман М.Х.Д., Рахман М.А., Отман Н.Х., Абдулла Н., Пайман С.Х. и соавт. Мембраны из полых волокон оксида алюминия, покрытые фотокаталитическими нановолокнами, для высокоэффективной очистки воды, добываемой на нефтяных месторождениях. хим. англ. Дж. 2019; 360:1437–1446. doi: 10.1016/j.cej.2018.10.217. [CrossRef] [Google Scholar]
2. Фахрул-Рази А.
, Пендаште А., Абдулла Л.С., Биак Д.Р.А., Мадаени С.С., Абидин З.З. Обзор технологий очистки попутных вод нефти и газа. Дж. Азар. Матер. 2009 г.;170:530–551. doi: 10.1016/j.jhazmat.2009.05.044. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
3. Оладжире А.А. Последние достижения в технологии очистки добываемой нефти и газа для устойчивой энергетики — механические аспекты и перспективы технологической химии. хим. англ. Дж. Адв. 2020;4:100049. doi: 10.1016/j.ceja.2020.100049. [CrossRef] [Google Scholar]
4. Alzahrani S., Mohammad A.W. Проблемы и тенденции внедрения мембранных технологий очистки пластовых вод: обзор. J. Water Process Eng. 2014; 4:107–133. doi: 10.1016/j.jwpe.2014.09.007. [CrossRef] [Google Scholar]
5. Jing L., Chen B., Zhang B., Zheng J., Liu B. Разложение нафталина в морской воде под действием УФ-облучения: влияние плотности потока энергии, солености, температуры и начальной концентрации. . Мар Поллют. Бык. 2014; 81: 149–156. doi: 10.1016/j.marpolbul.2014.02.
003. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
6. Silva P.C., Ferraz N.P., Perpetuo E.A., Asencios Y.J.O. Очистка пластовых вод нефти с использованием передовых окислительных процессов: гетерогенно-фотокаталитического и фотофентонного. Дж. Осадок. Окружающая среда. 2019;4:99–107. doi: 10.12957/jse.2019.40991. [CrossRef] [Google Scholar]
7. Zioui D., Salazar H., Aoudjit L., Martins P.M. Фотокаталитическая полимерная нанокомпозитная мембрана для нефтесодержащих сточных вод. Препринты. 2019:20160. doi: 10.20944/preprints201904.0060.v1. [CrossRef] [Google Scholar]
8. Афзал Т., Иса М.Х., Уль Мустафа М.Р. Удаление органических загрязнителей из подтоварной воды методом окисления Фентона. Веб-конференция E3S. 2018;34:02035. doi: 10.1051/e3sconf/20183402035. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
9. Ли З., Ян П. Обзор физико-химических, химических и биологических процессов для фармацевтических сточных вод. ИОП конф. сер. Земная среда. науч. 2018;113:012185. doi: 10.
1088/1755-1315/113/1/012185. [CrossRef] [Google Scholar]
10. Уддин М.К. Обзор адсорбции тяжелых металлов глинистыми минералами с особым акцентом на последнее десятилетие. хим. англ. Дж. 2017; 308: 438–462. doi: 10.1016/j.cej.2016.09.029. [CrossRef] [Google Scholar]
11. Бирн Дж.А., Данлоп П.С.М., Гамильтон Дж.В.Дж., Фернандес-Ибаньес П., Поло-Лопес И., Шарма П.К., Веннард А.С.М. Обзор гетерогенного фотокатализа для дезинфекции воды и поверхностей. Молекулы. 2015;20:5574–5615. дои: 10.3390/молекулы20045574. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
12. Мамба Г., Мишра А.К. Нанокомпозиты на основе графитового нитрида углерода (g-C 3 N 4 ): Новое интересное поколение фотокатализаторов, управляемых видимым светом, для устранения загрязнения окружающей среды. заявл. Катал. Б Окружающая среда. 2016; 198: 347–377. doi: 10.1016/j.apcatb.2016.05.052. [CrossRef] [Google Scholar]
13. Лю Б., Чен Б., Чжан Б. Очистка нефтесодержащих сточных вод с помощью Nano-TiO 2 — Индуцированный фотокатализ: поиск более эффективных и осуществимых решений.
IEEE Нанотехнологии. Маг. 2017;11:4–15. дои: 10.1109/МНАНО.2017.2708818. [CrossRef] [Google Scholar]
14. Ибхадон А.О., Фитцпатрик П. Гетерогенный фотокатализ: последние достижения и приложения. Катализаторы. 2013;3:189–218. doi: 10.3390/catal3010189. [CrossRef] [Google Scholar]
15. Кэнан С., Мойет М.А., Артур Р.Б., Паттерсон Х.Х. Недавние достижения в области фотокатализаторов на основе TiO 2 для разложения пестицидов и основных органических загрязнителей из водоемов. Катал. преподобный наук. англ. 2020; 62:1–65. дои: 10.1080/01614940.2019.1613323. [CrossRef] [Google Scholar]
16. Chen X., Mao S.S. Наноматериалы из диоксида титана: синтез, свойства, модификации и применение. хим. 2007; 107: 2891–2959. doi: 10.1021/cr0500535. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
17. Ву Ч.Х. Сравнение эффективности разложения азокрасителя с использованием систем УФ/одиночный полупроводник и УФ/связанный полупроводник. Хемосфера. 2004; 57: 601–608. doi: 10.1016/j.
chemosphere.2004.07.008. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]
18. Augugliaro V., Palmisano L., Sclafani A., Minero C., Pelizzetti E. Фотокаталитическая деградация фенола в водных дисперсиях диоксида титана. Токсикол. Окружающая среда. хим. 1988; 16: 89–109. doi: 10.1080/02772248809357253. [CrossRef] [Google Scholar]
19. Окамото К., Ямамото Ю., Танака Х., Танака М., Итая А. Гетерогенное фотокаталитическое разложение фенола на TiO 2 Порошок. Бык. хим. соц. Япония. 1985;58:2015–2022. doi: 10.1246/bcsj.58.2015. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
20. Лю Б., Чен Б., Чжан Б.Ю., Цзин Л., Чжан Х., Ли К. Фотокаталитическая деградация полициклических ароматических углеводородов в добываемой на море воде: влияние водной матрицы. Дж. Окружающая среда. англ. 2016;142:04016054. doi: 10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0001135. [CrossRef] [Google Scholar]
21. Li G., An T., Chen J., Sheng G., Fu J., Chen F., Zhang S., Zhao H. Фотоэлектрокаталитическое обеззараживание сточных вод нефтяных месторождений, содержащих огнеупорные материалы.
органические загрязнители в присутствии высокой концентрации ионов хлора. Дж. Азар. Матер. 2006;138:392–400. doi: 10.1016/j.jhazmat.2006.05.083. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
22. Хоффманн М.Р., Мартин С.Т., Чой В., Банеманн Д.В. Экологические применения полупроводникового фотокатализа. хим. 1995; 95:69–96. doi: 10.1021/cr00033a004. [CrossRef] [Google Scholar]
23. Миллс А., Ле Хант С. Обзор полупроводникового фотокатализа. Дж. Фотохим. Фотобиол. Хим. 1997; 108:1–35. doi: 10.1016/S1010-6030(97)00118-4. [CrossRef] [Google Scholar]
24. Wang X., Zhao Y., Mølhave K., Sun H. Разработка структур поверхности/интерфейса микро- и наноархитектур диоксида титана для экологических и электрохимических приложений. Наноматериалы. 2017;7:382. дои: 10.3390/нано7110382. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
25. Рейес-Коронадо Д., Родригес-Гатторно Г., Эспиноса-Пескейра М.Е., Каб С., Де Косс Р., Оскам Г. Фаза- чистый TiO 2 наночастицы: анатаз, брукит и рутил.
Нанотехнологии. 2008;19:145605. doi: 10.1088/0957-4484/19/14/145605. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
26. Marchand R., Brohan L., Tournoux M. TiO 2 (B) Новая форма диоксида титана и октатитаната калия K 2 Ти 8 О 17 . Матер. Рез. Бык. 1980; 15:1129–1133. doi: 10.1016/0025-5408(80)-8. [CrossRef] [Google Scholar]
27. Pawar M., Sendoǧdular S.T., Gouma P. Краткий обзор фотокатализатора TiO 2 для восстановления органических красителей: тематическое исследование механизмов реакции, участвующих в системе фотокатализаторов Ce-TiO 2 . . Дж. Наноматер. 2018;2018:5953609. doi: 10.1155/2018/5953609. [CrossRef] [Google Scholar]
28. Ли К., Мазаре А., Шмуки П. Одномерные наноматериалы из диоксида титана: нанотрубки. хим. 2014; 114:9385–9454. doi: 10.1021/cr500061m. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
29. Ханаор Д.А.Х., Соррелл К.С. Обзор фазового превращения анатаза в рутил. Дж. Матер.
науч. 2011; 46: 855–874. doi: 10.1007/s10853-010-5113-0. [CrossRef] [Google Scholar]
30. Yang G., Ding H., Feng J., Hao Q., Sun S., Ao W., Chen D. High Performance Core-Shell TiO 2 (B) /anatase Гомопереходные наноремни с активным сокатализатором фосфида кобальта для производства водорода. науч. 2017;7:14594. doi: 10.1038/s41598-017-15134-w. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
31. Kamaludin R., Othman M.H.D., Kadir S.H.S.A., Ismail A.F., Rahman M.A., Jaafar J. Управляемый видимым светом фотокаталитический N-легированный TiO 2 для разложения бисфенола А (BPA) и реактивного черного красителя 5 (RB5). Вода. Воздух. Загрязнение почвы. 2018;229:363. doi: 10.1007/s11270-018-4006-8. [CrossRef] [Google Scholar]
32. Луо В., Талеб А. Путь крупномасштабного синтеза наноматериалов TiO 2 с контролируемой морфологией с использованием гидротермального метода и TiO 2 агрегаты в качестве предшественника. Наноматериалы.
2021;11:365. doi: 10.3390/nano11020365. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
33. Aravind M., Amalanathan M., Mary M.S.M. Синтез наночастиц TiO 2 методами химического и зеленого синтеза и их многогранные свойства. СН заявл. науч. 2021;3:409. doi: 10.1007/s42452-021-04281-5. [CrossRef] [Google Scholar]
34. Cassaignon S., Koelsch M., Jolivet J.P. От TiCl 3 к TiO 2 наночастицы (анатаз, брукит и рутил): термогидролиз и окисление в водной среде. Дж. Физ. хим. Твердые вещества. 2007; 68: 695–700. doi: 10.1016/j.jpcs.2007.02.020. [CrossRef] [Google Scholar]
35. Ньямукамба П., Око О., Мунгондори Х., Тазива Р., Зинья С. Двуокись титана — материал для устойчивой окружающей среды. ИнтехОткрытый; Лондон, Великобритания: 2018. Методы синтеза наночастиц диоксида титана: обзор. [CrossRef] [Google Scholar]
36. Миронюк И.Ф., Солтыс Л.М., Татарчук Т.Р., Савка К.О. Методы синтеза диоксида титана (обзор) Phys.
хим. Твердое состояние. 2020; 21: 462–477. doi: 10.15330/шт.21.3.462-477. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
37. Джони И.М., Нулхаким Л., Ванита М., Панатарани С. Характеристики частиц TiO 2 , полученных методом простого раствора с использованием предшественника TiCl 3 . Дж. Физ. конф. сер. 2018;1080:012006. doi: 10.1088/1742-6596/1080/1/012006. [CrossRef] [Google Scholar]
38. Каркаре М.М. Выбор прекурсора не влияет на размер наночастиц анатаза TiO 2 , но влияет на морфологию в более широком смысле. Междунар. Нано Летт. 2014;4:111. doi: 10.1007/s40089-014-0111-x. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
39. Singh P.K., Mukherjee S., Ghosh C.K., Maitra S., Technology C. Влияние типа прекурсора на структурные, морфологические, диэлектрические и магнитные свойства наночастиц TiO 2 Кас ) Керамика. 2017; 63: 549–556. doi: 10.1590/0366-69132017633682145. [CrossRef] [Google Scholar]
40. Сагадеван С., Имтеяз С.
, Муруган Б., Анита Летт Дж., Шридеви Н., Вельдебриал Г.К., Фатима И., О В.К. Всесторонний обзор зеленого синтеза наночастиц диоксида титана и их разнообразных биомедицинских применений. Зеленый процесс. Синтез. 2022; 11: 44–63. doi: 10.1515/gps-2022-0005. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
41. Иршад М.А., Наваз Р., Ур Рехман М.З., Адреес М., Ризван М., Али С., Ахмад С., Таслим С. Синтез, характеристика и передовые устойчивые применения наночастиц диоксида титана: обзор. Экотоксикол. Окружающая среда. Саф. 2021;212:111978. doi: 10.1016/j.ecoenv.2021.111978. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
42. Сингх П., Ким Ю.Дж., Чжан Д., Ян Д.К. Биологический синтез наночастиц из растений и микроорганизмов. Тенденции биотехнологии. 2016; 34: 588–599. doi: 10.1016/j.tibtech.2016.02.006. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]
43. Tang Q., Meng X., Wang Z., Zhou J., Tang H. Одностадийный электроформовочный синтез нановолокон TiO 2 /g-C 3 N 4 с улучшенными фотокаталитическими свойствами.
заявл. Серф. науч. 2018; 430: 253–262. doi: 10.1016/j.apsusc.2017.07.288. [CrossRef] [Google Scholar]
44. Wang T., Xu J., Zhang Z., Bian H., Xiao H., Sun T. g-C 3 N 4 композитный TiO 2 нановолокон было приготовлено электростатическим вращением под высоким напряжением для повышения фотокаталитической эффективности. Дж. Матер. науч. Матер. Электрон. 2021; 32: 1178–1186. doi: 10.1007/s10854-020-04890-7. [CrossRef] [Google Scholar]
45. Dong H., Zeng G., Tang L., Fan C., Zhang C., He X., He Y. Обзор ограничений частиц на основе TiO 2 для фотокаталитического разложения органических загрязнителей и соответствующих контрмер. Вода Res. 2015;79:128–146. doi: 10.1016/j.waters.2015.04.038. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
46. Minero C., Vione D. Количественная оценка фотокаталитических характеристик суспензий TiO 2 . заявл. Катал. Б Окружающая среда. 2006; 67: 257–269.. doi: 10.1016/j.apcatb.2006.05.011.
[CrossRef] [Google Scholar]
47. Лю Б., Чен Б., Чжан Б., Чжэн Дж., Лян Дж. Исследование токсичности и биоразлагаемости усиленного фотокаталитического окисления полициклических ароматических углеводородов в добываемой на море воде; Труды ежегодной генеральной конференции Канадского общества гражданского строительства; Ванкувер, Британская Колумбия, Канада. 31 мая – 3 июня 2017 г.; стр. 1–2. [Google Scholar]
48. Reghunath S., Pinheiro D., Sunaja Devi K.R. Обзор иерархических наноструктур TiO 2 : Достижения и приложения. заявл. Серф. науч. Доп. 2021;3:100063. doi: 10.1016/j.apsadv.2021.100063. [CrossRef] [Google Scholar]
49. Ge M., Cao C., Huang J., Li S., Chen Z., Zhang K.Q., Al-Deyab S.S., Lai Y. Обзор одномерного TiO 2 наноструктурированные материалы для экологических и энергетических целей. Дж. Матер. хим. А. 2016;4:6772–6801. doi: 10.1039/C5TA09323F. [CrossRef] [Google Scholar]
50. Фэн Т., Фэн Г.С., Ян Л., Пан Дж.Х. Одномерный наноструктурированный TiO 2 для фотокаталитического разложения органических загрязнителей в сточных водах.
Междунар. Дж. Фотоэнергия. 2014;2014:563879. doi: 10.1155/2014/563879. [CrossRef] [Google Scholar]
51. Xie J., Wen W., Jin Q., Xiang XB, Wu JM TiO 2 нанодеревья для фотокаталитического и фотоэлектрокаталитического разложения фенола. Новый J. Chem. 2019;43:11050–11056. doi: 10.1039/C9NJ02219H. [CrossRef] [Google Scholar]
52. Аргурио П., Фонтананова Э., Молинари Р., Дриоли Э. Фотокаталитические мембраны в фотокаталитических мембранных реакторах. Процессы. 2018;6:162. дои: 10.3390/pr60
. [CrossRef] [Google Scholar]
53. Чен Ю.Дж., Линь Т.С. Повышение фотокаталитической эффективности нанопорошка TiO 2 в видимом свете за счет образования двойной фазы анатаз/рутил. заявл. науч. 2020;10:6353. doi: 10.3390/app10186353. [CrossRef] [Google Scholar]
54. Ян Х. Краткий обзор гетеропереходных фотокатализаторов: поведение переноса носителя и фотокаталитические механизмы. Матер. Рез. Бык. 2021;142:111406. doi: 10.1016/j.materresbull.2021.111406.
[Перекрестная ссылка] [Академия Google]
55. Moniz S.J.A., Shevlin S.A., Martin D.J., Guo Z.X., Tang J. Фотокатализаторы с гетеропереходом, управляемые видимым светом, для расщепления воды – критический обзор. Энергетическая среда. науч. 2015; 8: 731–759. doi: 10.1039/C4EE03271C. [CrossRef] [Google Scholar]
56. Кан Х., Лю С., Дай З., Хе Ю., Сонг Х., Тан З. Диоксид титана: от инженерии к приложениям. Катализаторы. 2019;9:191. doi: 10.3390/catal
91. [CrossRef] [Google Scholar]57. Zhao X., Liu X., Yu M., Wang C., Li J. Высокоэффективный и стабильный Cu, Co, Zn-порфирин–TiO 2 фотокатализаторы с гетеропереходом с использованием модифицированного одностадийного метода. Краситель. Пигмент. 2017; 136: 648–656. doi: 10.1016/j.dyepig.2016.09.025. [CrossRef] [Google Scholar]
58. Wang X., Yuan X., Wang D., Dong W., Dong C., Zhang Y., Lin T., Huang F. Перестраиваемый синтез цветного титана, легированного азотом Оксид и его применение в аккумулировании энергии.
Приложение ACS Энергия Матер. 2018; 1: 876–882. doi: 10.1021/acsaem.7b00308. [CrossRef] [Google Scholar]
59. Niu P., Wu T., Wen L., Tan J., Yang Y., Zheng S., Liang Y., Li F., Irvine J.T.S., Liu G., и другие. Замещающий углерод-модифицированный анатаз TiO 2 Декаэдрические пластины, полученные непосредственно из кристаллов оксалата титана посредством топотактического перехода. Доп. Матер. 2018;30:1705999. doi: 10.1002/adma.201705999. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
60. Hachiya A., Takata S., Komuro Y., Matsumoto Y. Влияние легирования ионами V на фотоэлектрохимические свойства эпитаксиальных тонких пленок TiO 2 (110) на монокристаллах TiO 2 (110), легированных Nb. Дж. Физ. хим. С. 2012; 116:16951–16956. doi: 10.1021/jp307185d. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
61. Чжао З., Лю К. Механизм повышения фотокаталитической активности анатаза TiO 2 , легированного азотом, при облучении видимым светом из расчета теории функционала плотности.
Дж. Физ. Д заявл. физ. 2008;41:025105. doi: 10.1088/0022-3727/41/2/025105. [CrossRef] [Google Scholar]
62. Асахи Р., Морикава Т., Оваки Т., Аоки К., Тага Ю. Фотокатализ видимого света в оксидах титана, легированных азотом. Наука. 2001; 293: 269–271. doi: 10.1126/science.1061051. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]
63. Ирие Х., Ватанабэ Ю., Хашимото К. Зависимость концентрации азота от фотокаталитической активности порошков TiO 2-x N x . Дж. Физ. хим. Б. 2003; 107: 5483–5486. дои: 10.1021/jp030133h. [CrossRef] [Google Scholar]
64. Ихара Т., Миёси М., Ирияма Ю., Мацумото О., Сугихара С. Активный в видимом свете фотокатализатор на основе оксида титана, реализованный с помощью структуры с дефицитом кислорода и легирования азотом. заявл. Катал. Б Окружающая среда. 2003; 42: 403–409. дои: 10.1016/S0926-3373(02)00269-2. [CrossRef] [Google Scholar]
65. Залеска А. Легированный TiO 2 : Обзор. Последние патенты англ. 2008; 2: 157–164.
doi: 10.2174/187221208786306289. [CrossRef] [Google Scholar]
66. Wang G., Zhuo X., Wang Y. Фотокаталитическая деградация полиакриламида в сточных водах нефтяных месторождений наноразмерным TiO 2 , легированным ионом W. Веб-конференция MATEC. 2016;39:3–5. doi: 10.1051/matecconf/20163
3. [CrossRef] [Google Scholar]67. Ядав В., Верма П., Шарма Х., Трипати С., Сайни В.К. Фотодеградация 4-нитрофенола на TiO 9 , легированном бором.0025 2 наноструктура: влияние концентрации легирующей примеси, кинетика и механизм. Окружающая среда. науч. Загрязн. Рез. 2020;27:10966–10980. doi: 10.1007/s11356-019-06674-x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
68. Lee M.S., Hong S.S., Mohseni M. Синтез фотокаталитических наноразмерных частиц TiO 2 -Ag золь-гель методом с использованием восстановителя. Дж. Мол. Катал. Хим. 2005; 242:135–140. doi: 10.1016/j.molcata.2005.07.038. [CrossRef] [Google Scholar]
69. Zaleska A., Sobczak J.W., Grabowska E.
, Hupka J. Получение и фотокаталитическая активность бор-модифицированного TiO 2 в УФ и видимом свете. заявл. Катал. Б Окружающая среда. 2008; 78: 92–100. doi: 10.1016/j.apcatb.2007.09.005. [CrossRef] [Google Scholar]
70. Feilizadeh M., Delparish A., Toufigh Bararpour S., Najafabadi H.A., Zakeri S.M.E., Vossoughi M. Фотокаталитическое удаление 2-нитрофенола с использованием TiO, легированного серебром и серой 2 под естественным солнечным светом. Науки о воде. Технол. 2015;72:339–346. doi: 10.2166/wst.2015.180. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
71. Laokiat L., Khemthong P., Grisdanurak N., Sreearunothai P., Pattanasiriwisawa W., Klysubun W. Фотокаталитическая деструкция бензола, толуола, этилбензола и ксилола (BTEX). ) с использованием диоксида титана, легированного переходным металлом, иммобилизованного на стекловолоконной ткани. Корейский J. Chem. англ. 2012;29: 377–383. doi: 10.1007/s11814-011-0179-1. [CrossRef] [Google Scholar]
72.
Бинас В., Стефанопулос В., Кириакидис Г., Папагианнакопулос П. Фотокаталитическое окисление газообразных бензола, толуола и ксилола под действием УФ и видимого излучения на наночастицах TiO 2 , легированных марганцем. Дж. Матер. 2019;5:56–65. doi: 10.1016/j.jmat.2018.12.003. [CrossRef] [Google Scholar]
73. Lee J.Y., Choi J.H. Сонохимический синтез наноструктуры TiO 2 , легированной церием: управляемый видимым светом фотокатализатор для разложения толуола и O-ксилола. Материалы. 2019;12:1265. doi: 10.3390/ma12081265. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
74. Даль М., Лю Ю., Инь И. Композитные наноматериалы из диоксида титана. хим. 2014; 114:9853–9889. doi: 10.1021/cr400634p. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
75. Мохд Аднан М.А., Мюхд Джулкапли Н., Амир М.Н.И., Маамор А. Влияние различных фотокаталитических носителей TiO 2 на фотообесцвечивание синтетических красителей: обзор. Междунар. Дж. Окружающая среда.
науч. Технол. 2019;16:547–566. doi: 10.1007/s13762-018-1857-x. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
76. Sun C., Xu Q., Xie Y., Ling Y., Hou Y. Разработанный синтез анатаза-TiO 2 (B) двухфазного гетероперехода нанопроволока/наночастицы ZnO для усиления фотокатализа. Дж. Матер. хим. А. 2018;6:8289–8298. doi: 10.1039/C7TA10274G. [CrossRef] [Google Scholar]
77. Yang D., Liu H., Zheng Z., Yuan Y., Zhao J.C., Waclawik E.R., Ke X., Zhu H. Эффективная структура фотокатализатора: TiO 2 ( Б) нановолокна с оболочкой из нанокристаллов анатаза. Варенье. хим. соц. 2009; 131:17885–17893. doi: 10.1021/ja906774k. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
78. Li H., Zhang W., Pan W. Повышенная фотокаталитическая активность электроформованных нановолокон TiO 2 с оптимальным соотношением анатаз/рутил. Варенье. Керам. соц. 2011;94:3184–3187. doi: 10.1111/j.1551-2916.2011.04748.x. [CrossRef] [Google Scholar]
79. Apopei P., Catrinescu C.
, Teodosiu C., Royer S. Смешанная фаза TiO 2 фотокатализаторы: выделение и реконструкция кристаллической фазы, характеристика и фотокаталитическая активность в окислении 4 -хлорфенол из водных стоков. заявл. Катал. Б Окружающая среда. 2014; 160–161: 374–382. doi: 10.1016/j.apcatb.2014.05.030. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
80. Ai M., Qin W., Xia T., Ye Y., Chen X., Zhang P. Фотокаталитическая деградация 2,4-дихлорфенола с помощью TiO 2 интеркалированного нанокомпозита талька. Междунар. Дж. Фотоэнергия. 2019;2019:1540271. doi: 10.1155/2019/1540271. [CrossRef] [Google Scholar]
81. Li K., Teng C., Wang S., Min Q. Последние достижения в области гетеропереходов на основе TiO 2 для фотокаталитического CO 2 Восстановление окислением водой: обзор. Передний. хим. 2021;9:637501. doi: 10.3389/fchem.2021.637501. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
82. Ахлагян Ф., Наджафи А. CuO/WO 3 /TiO 2 фотокатализатор для разложения фенольных сточных вод.
науч. Иран. 2018;25:3345–3353. doi: 10.24200/sci.2018.20611. [CrossRef] [Google Scholar]
83. Rangkooy H.A., Ghaedi H., Jahani F. Удаление паров ксилола, загрязняющих воздух, с использованием новых гибридных подложек TiO 2 -WO 3 наночастиц, иммобилизованных на ZSM-5 цеолит под воздействием УФ-облучения при температуре окружающей среды: Экспериментальное моделирование. Дж. Окружающая среда. хим. англ. 2019;7:103247. doi: 10.1016/j.jece.2019.103247. [CrossRef] [Google Scholar]
84. Wang M., Zhang H., Zu H., Zhang Z., Han J. Создание гетеропереходных фотокатализаторов TiO 2 /CdS с повышенной активностью в видимом свете. заявл. Серф. науч. 2018; 455:729–735. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.06.047. [CrossRef] [Google Scholar]
85. Кумари М.Л.А., Деви Л.Г., Майя Г., Чен Т.В., Аль-Закри Н., Али М.А. Механохимический синтез тройных гетеропереходов TiO 2 (A)/TiO 2 (R)/ZnO и TiO 2 (A)/TiO 2 (R)/SnO 2 для эффективного разделения зарядов в полупроводниковом фотокатализе: сравнительное исследование.
Окружающая среда. Рез. 2022;203:111841. doi: 10.1016/j.envres.2021.111841. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
86. Wang X., Xu H., Luo X., Li M., Dai M., Chen Q., Song H. Улучшенные фотокаталитические свойства CeO 2 / TiO 2 гетероструктуры для разложения фенола. Интерфейс коллоидов Sci. коммун. 2021;44:100476. doi: 10.1016/j.colcom.2021.100476. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
87. Телеганг Чекем С., Гетц В., Ричардсон Ю., Плантард Г., Блин Дж. Моделирование явлений адсорбции/фотодеградации на композитных катализаторах AC-TiO 2 для детоксикации воды. Катал. Сегодня. 2019; 328: 183–188. doi: 10.1016/j.cattod.2018.12.038. [CrossRef] [Google Scholar]
88. Liu J., Li H., Zhang W., Zhu Z., Ma J. Исследование фотокаталитического механизма Fe 3+ -TiO 2 -цеолита для сточных вод нефтяных месторождений уход; Материалы Международной конференции по цифровому производству и автоматизации 2010 г .; Чанча, Китай.
18–20 декабря 2010 г.; стр. 526–529.. [CrossRef] [Google Scholar]
89. Сайед М.А., Маурия А.К., Шайк Ф. Исследование композитов эпоксидная смола/нано-TiO 2 при фотокаталитической деградации органических веществ, присутствующих в нефтяной воде. Дж. Окружающая среда. Анальный. хим. 2020: 1–17. doi: 10.1080/03067319.2020.1784889. [CrossRef] [Google Scholar]
90. Сёкмен М., Озкан А. Обесцвечивание текстильных сточных вод модифицированным диоксидом титана: влияние неорганических анионов на фотокатализ. Дж. Фотохим. Фотобиол. Хим. 2002; 147:77–81. doi: 10.1016/S1010-6030(01)00627-X. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
91. Андреоцци М., Альварес М.Г., Контрерас С., Медина Ф., Клариция Л., Витиелло Г., Льорка Дж., Маротта Р. Обработка пластовой соленой воды посредством фотокатализа с использованием нанокомпозитов rGO-TiO 2 . Катал. Сегодня. 2018; 315:194–204. doi: 10.1016/j.cattod.2018.04.048. [CrossRef] [Google Scholar]
92. Rongan H.
, Haijuan L., Huimin L., Difa X., Liuyang Z. S-схема фотокатализатора Bi 2 O 3 /TiO 2 нановолокно с улучшенным фотокаталитическое действие. Дж. Матер. науч. Технол. 2020; 52: 145–151. doi: 10.1016/j.jmst.2020.03.027. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
93. Jo W.K., Lee J.Y., Chun H.H. Нанотрубки Titania, выращенные на углеродных волокнах, для фотокаталитического разложения ароматических загрязнителей в газовой фазе. Материалы. 2014;7:1801–1813. дои: 10.3390/ma7031801. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
94. Ван Р., Ду Л., Гао В., Ли Дж., Цона Н.Т., Чжан С., Ху С., Ван В., Лю Х. Улучшенные фотокаталитические характеристики гетероструктурированных нанолент, наполненных PdO, для разложения фенола. Хемосфера. 2021;276:130266. doi: 10.1016/j.chemosphere.2021.130266. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]
95. Линь Л., Цзян В., Чен Л., Сюй П., Ван Х. Обработка подтоварной воды фотокатализом: последние достижения, влияющие факторы и перспективы будущих исследований.
Катализаторы. 2020;10:924. doi: 10.3390/catal10080924. [CrossRef] [Google Scholar]
96. Чен Л., Сюй П., Ван Х. Фотокаталитические мембранные реакторы для очистки и повторного использования пластовой воды: основы, влияющие факторы, рациональная конструкция и показатели оценки. Дж. Азар. Матер. 2022;424:127493. doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.127493. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
97. Тагизаде М., Юсефи Кебрия Д., Кадери Ф. Влияние биосурфактанта в качестве нового вытяжного раствора на фотокаталитическую очистку и опреснение пластовой воды с помощью различных мембран прямого осмоса. Науки о воде. Технол. Водоснабжение. 2020;20:240–250. doi: 10.2166/ws.2019.154. [CrossRef] [Google Scholar]
98. Равиндран Х., Лим Дж.В., Гох П.С., Субраманиам М.Н., Исмаил А.Ф., Ради бин Ник М., Дауд Н.М., Резаи-Дашт Аржанди М. Одновременное разделение и разложение поверхностно-активных веществ, содержащихся в пластовой воде с использованием ПВДФ/TiO 2 фотокаталитическая мембрана.
Дж. Чистый. Произв. 2019; 221:490–501. doi: 10.1016/j.jclepro.2019.02.230. [CrossRef] [Google Scholar]
99. Veréb G., Kassai P., Nascimben Santos E., Arthanareeswaran G., Hodur C., László Z. Интенсификация ультрафильтрации реальной нефтезагрязненной (пластовой) воды с предварительной — озонированием и/или поверхностями мембран, покрытыми наноматериалом TiO 2 , TiO 2 /CNT. Окружающая среда. науч. Загрязн. Рез. 2020;27:22195–22205. doi: 10.1007/s11356-020-08047-1. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
100. Su J., Yang G., Cheng C., Huang C., Xu H., Ke Q. Иерархически структурированные нановолоконные мембраны TiO 2 /PAN для высокоэффективной фильтрации воздуха и разложения толуола. J. Коллоидный интерфейс Sci. 2017; 507: 386–396. doi: 10.1016/j.jcis.2017.07.104. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
101. Лабуто Г., Санчес С., Креспо Дж.Г., Перейра В.Дж., Уэртас Р.М. Стабильность полимерных мембран к УФ-воздействию до и после покрытия наночастицами TiO 2 .
Полимеры. 2022;14:124. дои: 10.3390/полым14010124. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
102. Liu L., Liu Z., Bai H., Sun D.D. Одновременная фильтрация и солнечная фотокаталитическая дезинфекция/деградация с использованием высокоэффективной мембраны из нановолокна Ag/TiO 2 . Вода Res. 2012;46:1101–1112. doi: 10.1016/j.waters.2011.12.009. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
103. Song J., Wang X., Yan J., Yu J., Sun G., Ding B. Мягкий Zr-легированный TiO 2 Нановолокнистые мембраны с улучшенным фотокаталитическим эффектом Деятельность по очистке воды. науч. Отчет 2017; 7:1636. дои: 10.1038/s41598-017-01969-ж. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
104. Shen X., Song L., Luo L., Zhang Y., Zhu B., Liu J., Chen Z., Zhang L. Получение гетеропереходов TiO 2 /C 3 N 4 на углеродном волокне в качестве эффективного фотокатализатора фильтрующей мембраны для очистки сточных вод от различных загрязнителей.
J. Коллоидный интерфейс Sci. 2018; 532: 798–807. doi: 10.1016/j.jcis.2018.08.028. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
105. Гита Д., Нагараджан Э. Р. Глава 3 — Воздействие и проблемы органических загрязнителей. В: Сингх П., Хуссейн С.М., Раджхова С., редакторы. Управление загрязняющими веществами, вызывающими новые опасения (CEC) в окружающей среде. Эльзевир; Амстердам, Нидерланды: 2021. стр. 9.3–126. [CrossRef] [Google Scholar]
Фотокатализаторы на основе диоксида титана
Фотокатализаторы на основе диоксида титанаЧжи Вэй Се
9 декабря 2014 г.
Представлено как курсовая работа для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2014 г.
Введение
| Рис. 1: Порошок диоксида титана. (Источник: Викимедиа Коммонс) |
В современной углеводородной экономике сегодня
транспорт работает в основном за счет сжигания нефтяного топлива, что повышает
опасения по поводу их ограниченной доступности и загрязнения окружающей среды
вызванный.
Будущее, основанное на водородной экономике, позволит нам использовать
водород как потенциальный источник энергии для различных применений
включая устойчивый транспорт. Один из многих способов получения
водорода заключается в использовании расщепления воды с помощью фотокатализаторов.
Известно, что полупроводниковый фотокатализ является эффективным методом
использовать энергию естественного солнечного света для расщепления воды на водород и
кислород. В ходе этого процесса энергия фотонов поглощается для возбуждения
электроны в зону проводимости, оставляя дырки в валентной зоне.
Эти электронно-дырочные пары могут затем перемещаться на поверхность
полупроводник для участия в расщеплении воды. Пионерская работа была
сделано Фудзисимой и Хондой в 1972 об открытии воды
расщепление электродом из диоксида титана. [1] С тех пор поле
Полупроводниковый фотокатализ значительно продвинулся вперед, и обширная работа
было сделано для увеличения фотокаталитической эффективности.
УФ-фотокатализ
Для того, чтобы
Чтобы решить эту проблему, одним из подходов является синергетическое соединение титана
диоксид с наночастицами благородных металлов, таких как серебро или золото. К этому
конец, Камат и его сотрудники синтезировали центросимметричный серебряно-титановый сплав.
наноструктуры ядро-оболочка из диоксида для использования в качестве фотокатализаторов в УФ-излучении
облучение. [2] Они обнаружили, что серебряное ядро действует как электрон.
сток, помогая разделить электронно-дырочные пары, образующиеся в титане
диоксида и снижение скорости их рекомбинации для более эффективного
фотокатализ. Впоследствии Чен и его коллеги также продемонстрировали
использование нецентросимметричных наноструктур из диоксида золота и титана с
Морфология януса как фотокатализатора в ультрафиолетовом свете. [3] Уникальный
Преимущество морфологии Януса в том, что она позиционирует золото и
диоксид титана на противоположных концах конструкции, чтобы сохранить
электронно-дырочные пары находятся далеко друг от друга, что приводит к дальнейшему увеличению
фотокаталитическая эффективность.
Фотокатализ в видимом свете
Обилие солнечного света привело к увеличению
Акцент на фотокатализе видимого света. Из-за большой ширины запрещенной зоны
3,2 эВ, диоксид титана в основном поглощает в УФ-области и имеет очень
ограниченное поглощение в видимой области. Однако было установлено, что по
связывание диоксида титана с плазмонными металлическими наночастицами,
фотоактивность диоксида титана в видимом свете потенциально может быть
повысился. Один из механизмов, используемых для объяснения этого явления видимого света.
фотокатализ основан на локализованном поверхностном плазмонном резонансе
(LSPR) эффект металлических наночастиц. Гарсия и его коллеги сообщили
фотокаталитическая генерация водорода с использованием диоксида золота и титана
нанокомпозиты под воздействием видимого света. [4] Более того, водород
Газ также выделялся с помощью лазера видимого света с длиной волны 532 нм, который
соответствует длине волны LSPR диоксида золота и титана
нанокомпозиты.
С другой стороны, само золото и диоксид титана
не проявляли фотокаталитической активности в тех же условиях.
Используя эти результаты, авторы предложили механизм, основанный на
фотовозбуждение полосы LSPR золота при облучении видимым светом
приводит к переносу заряда. [4] В этом процессе электроны из золота
вводят в зону проводимости двуокиси титана, где они
участвуют в окислительно-восстановительных реакциях и восстанавливают ионы водорода в растворе до
образуют газообразный водород. Между тем образовавшиеся дыры в золоте будут
гасится жертвенным донором электронов.
В другой работе Кронин и его коллеги объяснили
фотокаталитический процесс в видимом свете без использования концепции заряда
передача. [5] Вместо этого они предложили плазмонное ближнее поле
эффект усиления наночастиц золота при облучении видимым светом
в районе ЛСПР. Они обнаружили, что использование лазера видимого света с длиной волны 633 нм
(длина волны LSPR) произошло 66-кратное увеличение скорости воды
расщепление нанокомпозитов золото-диоксид титана по сравнению с титаном
сам диоксид.
Результаты электромагнитного моделирования указывают на
наличие плазмонного усиления ближнего поля золотых наночастиц,
что увеличивает напряженность электрического поля на диоксиде титана
поверхности вокруг длины волны LSPR. В районе горячей точки электрическая
напряженность поля может достигать примерно в 1000 раз больше, чем в случае инцидента
интенсивность, что значительно увеличивает скорость электронно-дырочной пары
поколение. [5] Более того, поскольку плазмонные ближние поля
локализуется на поверхности диоксида титана, большая часть
электронно-дырочные пары генерируются близко к поверхности и имеют
более короткое расстояние диффузии, что снижает вероятность
рекомбинация. В целом, эти работы открывают новые возможности для
разработка высокоэффективных на основе диоксида титана
фотокатализаторы.
© Чжи Вэй Се. Автор дает разрешение на
копировать, распространять и отображать это произведение в неизмененном виде, с
ссылка на автора только в некоммерческих целях.
Все остальные
права, включая коммерческие права, сохраняются за автором.
Ссылки
[1] А. Фудзисима и К. Хонда, «Электрохимический Фотолиз воды на полупроводниковом электроде, Nature 238 , 37 (1972).
[2] Т. Хиракава и П. В. Камат, «Разделение заряда». и каталитическая активность Ag@TiO 2 Композит ядро-оболочка Кластеры под УФ-облучением», J. Am. Chem. Soc. 127 , 3928. (2005).
[3] С. Прадхан, Д. Гош и С. Чен, «Янус Наноструктуры на основе гетеродимеров Au-TiO 2 и их Фотокаталитическая активность в окислении метанола, ACS Appl. Mater. Интерфейсы 1 , 2060 (2009 г.).
[4] C. G. Silva et al. , «Влияние
Длина волны возбуждения (УФ или видимый свет) на фотокаталитической
Активность титана, содержащего наночастицы золота, для генерации
Водород или кислород из воды», J. Am. Chem. Soc. 133 , 595.