Karakterizacija fotokatalitičkog praška tio2 u različitim okruženjima pomoću rendgenske fotoelektronske spektroskopije pod pritiskom okoline | znanstvena izvješća

Karakterizacija fotokatalitičkog praška tio2 u različitim okruženjima pomoću rendgenske fotoelektronske spektroskopije pod pritiskom okoline | znanstvena izvješća

Anonim

teme

  • photocatalysis
  • Površinska spektroskopija

Sažetak

Provedeno je osam uzastopnih faza ispitivanja pod uzastopnim prisustvom i odsutnosti UV zračenja, vodene pare i kisika kako bi se karakterizirale površinske promjene fotokatalitičkog TiO 2 praha primjenom rendgenske fotoelektronske spektroskopije pod pritiskom okoline i okolnog tlaka (XPS). I Ti2p i O1s spektri pokazuju histerezu eksperimentalnim tokom. U svim istraživanim okruženjima, premosni hidroksil (OH br ) i terminalni hidroksil (OH t ) identificirani su na 1, 1–1, 3 eV, odnosno 2, 1–2, 3 eV iznad rešetkastog kisika. To omogućava nov i komplementaran pristup za karakterizaciju reaktivnosti TiO 2 praha. Identificirano je dinamičko ponašanje molekula vode vezane uz površinu u svakom ispitivanom okruženju, uz održavanje konstantne udaljenosti od 1, 3 eV od položaja vodene pare. U mraku je neprekidna opskrba vodenom parom i kisikom ključni faktor koji zadržava aktivirano stanje praška TiO 2 tijekom vremenskog razdoblja. Dva nova površinska vrha na 1, 7–1, 8 i 4, 0–4, 2 eV iznad rešetkaste kisike označena su kao peroksidi (OOH / H2O2) i H2O2 otopljeni u vodi. Uporni peroksidi na prahu dodatno objašnjavaju prethodno uočenu produženu sposobnost oksidacije TiO 2 u prahu bez zračenja.

Uvod

Titan dioksid (TiO 2 ) jedan je od najčešće korištenih fotokatalizatora sa širokim modifikacijama za brojne primjene. Do danas, obilna eksperimentalna ispitivanja izvijestila su o atomskim razmjerima promatranja površina TiO 2 kao tankih filmova ili monokristala pomoću različitih alata, kao što su skenirajuća tuneloska mikroskopija (STM) i elektro paramagnetska rezonanca (EPR). Većinu nalaza sažeo je Hendersen, a detalji su navedeni u literaturi 1, 2, 3 . Ovi su članci uspješno usavršili uvid u promjene mehanizama rešetke i površine specifičnih tipova kristala TiO2; ipak, potrebno je više razumijevanja površinskih karakteristika komercijalno dostupnog praha TiO2 kako bi se razjasnila jedinstvena zapažanja o stvarnoj primjeni u okruženju, poput dezinfekcije fotokatalitičkim prahom TiO2 u mraku.

Neupadljivo izravno nadziranje aktivacije i promjena rasutih TiO2 praha u realnijem okruženju potrebno je za istraživanje ključnih problema, poput toga kako aktivirani TiO 2 može najučinkovitije mineralizirati onečišćujuće tvari u zraku. Trenutno se učinci komponenti koje se prenose u zraku, poput vlage, na performanse TiO2 indirektno ispituju na temelju opažanja smanjenja reaktanata ili proizvoda mineralizacije (npr. CO 2 ). Iako je rentgenska fotoelektronska spektroskopija (XPS) uobičajeni alat za proučavanje površinskih svojstava, okruženje pod visokim vakuumom sprečava mogućnost ispitivanja poluhlapljivih i isparljivih vrsta na površini, dajući sliku manje od cjelovite. Vrhunski od uobičajenog ultra-visokog vakuumskog XPS-a, XPS blizu okruženja tlaka zajedno s sinkrotronskim izvorom svjetla pruža jedinstvenu sposobnost in situ ispitivanja površinskih karakteristika (npr. Površinski adsorbiranih plinova) s mnogo većom osjetljivošću i razlučivosti. To također omogućuje proučavanje interakcija površina i okoliš u stvarnom vremenu uvođenjem željenih komponenti, poput plinova, kako bi se dobila nova otkrića i uvidi u promjene na površini. Iako je idealan alat za izravno promatranje površine uzorka, malo je članaka proučavalo odabrane TiO 2 monokristale uz malo napora kako bi se ispitivao najveći fotokatalitički prah TiO 2 u uvjetima koji uključuju zračenje svjetlošću, kisik i vodenu paru.

Da bismo udovoljili tim potrebama, upotrijebili smo napredni XPS sa izvorom svjetlosti sinkrotronskog zračenja kako bismo istražili površinske promjene rasutog fotokatalitičkog praha TiO 2 pod atmosferskim pritiskom uz uzastopno dovod i prestanak UV zračenja, vlage vode i kisika kroz osam uzastopnih eksperimentalnih faza. Ispitani su spektri Ti2p, O i i Ci, kako bi se pokazalo kako promjene u okolišu utječu na površinska svojstva fotokatalitičkog praška TiO2. Ovaj jedinstveni dizajn eksperimenta omogućio nam je dobivanje različitih rezultata o kojima se izvješćuje prvi put. U nastavku navodimo općenite trendove u jezgri Ti2p i O1s spektra prije detaljne rasprave o glavnim nalazima u pojedinim fazama istraživanja, uključujući razlikovanje površinskih hidroksilnih skupina, ocrtavanje dinamike fizički desorbirane vode i razjašnjavanje kontinuirane redoksponiranosti TiO 2 praška u tamna.

Rezultati i rasprava

Jezgrani vrhovi Ti 2p i O1s XPS spektra pokazali su histerezne trendove kroz osam pojedinih faza (slike 1 i 2), što se prvi put opažalo putem in situ XPS u različitom ambijentalnom okruženju. Općenito, vrhovi su se pomakli na niži BE nakon uzastopne opskrbe UV zračenjem, vodenom parom i kisikom, dostižući najnižu vrijednost tijekom faze 4 i faze 5. Smanjeni trend je preokrenut nakon prestanka isporuke oba plina u mraku. tijekom faze 6, dostizanje konačnog položaja u fazama 6–8, što je slično početnom stanju u fazi 1 (slike 1 i 2).

Image

Iscrtana okomita linija dodana je za usmjeravanje vizualnog promatranja.

Slika pune veličine

Image

Iscrtana okomita linija dodana je za usmjeravanje vizualnog promatranja.

Slika pune veličine

Nova svojstva u O1s spektrima primijećena su zajedno s trendom histereze i više odgovaraju na promjenu ambijenta u odnosu na Ti2p spektre. Akumulirano smanjenje vrhova Ti2p jezgre od faze 1 do faze 4 je značajno, iako vrhovi Ti 2p jezgre pokazuju marginalno smanjenje BE između svake dvije susjedne faze s uzastopnim opskrbom vodenom parom i kisikom (Sl. 1). Primjetna akumulirana promjena u vrhovima Ti2p jezgre tijekom prve četiri faze potvrđena je stožernim pomakom u fazi 6, kada je prekid dovoda vodene pare i kisika u mraku preokrenuo trend i povećao BE jezgre jezgre za ~ 0, 2 eV (Sl. 2). Ovo je najveća inkrementalna promjena u jednoj fazi za vrhove jezgre Ti 2p, koja nadoknađuje sva prethodna progresivna smanjenja u pozicijama BE, vraćajući vrhove Ti 2p jezgre u prvobitne položaje (faza 6, Sl. 2). Za razliku od Ti2p spektra, na kraju eksperimenta, spektri O1 pokazali su postojane dodatke (Sl. 2), što odražava trajne utjecaje eksperimentalnog ciklusa na površinu praha. U nastavku je detaljnija rasprava o promjenama u Ti2p i O1 spektru zajedno sa spektrima Ci za pojedinačne faze ispitivanja.

TiO 2 pod vakuumom u tamnom okruženju (faza 1)

Pod vakuumom i tamnim okruženjem, dva su identificirana Ti2p vrhova pri 459, 3 (Ti 2p 3/2 ) i 465, 0 eV (Ti 2p 1/2 ) (Sl. 2) slična objavljenim mjestima u 458, 6–459, 5 eV i 463, 0 –464, 8 eV, 4, 5, 6, 7, 8, 9 . Dva glavna vrha O1 smještena su ispod 535.0 eV (Sl. 2), područje za površinske vrste 10 . Oblik grba spektra O1 ukazuje na prisutnost površinskih vrsta, koje su razrijeđene na četiri vrha pri 530, 7, 531, 9, 532, 9 i 534, 0 eV vršnom dekonvolucijom (Sl. 2). Prvi vrh pri 530, 7 eV predstavlja rešetku O povezanu na Ti 4+, što se podudara s ranije objavljenim rezultatima u rasponu od 529, 7–530, 7 eV 4, 5, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 14 . Tri druga vrha rezultat su utjecaja molekula vode na površini uzorka, redom OH skupine s kisikom na mjestu premošćivanja kisika (OH br, 531, 9 eV), OH skupine kao terminalne skupine (OH t, 532, 9 eV ) s kisikom spojenim na petokoordiniranu Ti 4+ s kovalentnom vezom O-Ti 4+, te molekulama vode na površini praha (534, 0 eV) (Sl. 2).

Kad se ispitna komora osušila tijekom faze 1, molekule vode bi se na svojstven način mogle apsorbirati na uzorcima otprilike 3, 3 eV veći od rešetkastih kisika (Tablica 1), slažući se s objavljenim podacima koji navode da je razlika od 2, 0 do 3, 8 eV između površinski adsorbirane vode i kisika od rešetke. 5, 14, 15, 16 . Položaj BE OH i OH t na prahu P25 u ovoj je studiji diferenciran na 1, 2 eV i 2, 2 eV iznad rešetkastog kisika. Dok najrelevantnije XPS studije pripisuju 531.5–532.4 eV hidroksilnim skupinama na površini uzorka bez razlikovanja OH br od OH t 4, 5, 7, 12, 17, 18, dan položaj BE od neodređenih OH grupa obično iznosi 1, 1–2, 8 eV veći od rešetkastog kisika. To potvrđuje našu sadašnju studiju koja pokazuje nekonvolucionarne OH skupine (OH br i OH t zajedno) na 1, 4–1, 8 eV iznad rešetkastog kisika. Osim toga, naš dekonvolucijski OH br koji se nalazi približno 1, 2 eV veći od rešetkastog kisika (tablica 1), što odgovara 531, 9 eV (slika 2), u skladu je s Ketteler i sur . 5 koji su sugerirali da je vrh OH br na rutilu (110) postavljen 1, 1-1, 6 eV više od rešetke vrha O1. Dakle, izoliranje specificiranog vrha OH br iz grupiranog položaja hidroksila omogućilo nam je da identificiramo vrh OH t na 2, 2 eV iznad rešetkastog kisika (tablica 1) ili pri 532, 9 eV na prahu P25 u ovoj fazi (Sl. 2).

Tablica pune veličine

Identificirani vrhovi OH br i OH t tijekom faze 1 obuhvaćaju organske spojeve, jer su svojstvena organska onečišćenja na površini uzorka 19 slična molekulama vode adsorbirane na površini. Prisutnost organskih onečišćenja u našem uzorku praha ispitana je na temelju spektra Cl s neoksigeniranim C (CC i CH) pri 284, 8 eV. U odnosu na ovaj vrhunac, identificirali smo karbonil C (C = C), ester ugljik (CO) i karboksilat ugljik (C = O) na BE 0, 8 eV, 0, 9 eV i 1, 9 eV više (Dodatna slika S1 (a )), u skladu s stajalištima iz literature 14, 20, 21 . Odgovarajući O1 položaj organske tvari na uzorcima izloženim zraku nalazio se između 531, 8 i 533, 0 eV 5, 20, 21, 22, koji bi se mogao ugraditi pod ukupni hidroksilni vrh, u rasponu od 529, 9–534, 8 eV u našem istraživanju, utječući na dekonvolucijsku poziciju hidroksilnih vrhova tijekom 1. faze. Ovo se miješanje u dekonvolucijskom položaju hidroksilnih skupina dodatno ispituje kada se organske vrste smanje u kasnijim fazama, o čemu je govora u posljednjem odjeljku.

Fotokatalitička aktivacija TiO 2 (faza 2)

Kad je dobiveno UV zračenje (faza 2), uočene su male promjene vrhova jezgre Ti2p (Sl. 1), u skladu s istraživanjem Simonsen i sur . 7, koji su prijavili zanemarive učinke UV svjetlosti na TiO 2 tanke filmove. Slično spektru Ti2p i u ovoj fazi, ne postoje zamjetljive promjene na pojedinim vrhovima O1s (Sl. 2), iako su neki površinski onečišćeni karbonati razgrađeni jer se spektar Cl tijekom faze 2 smanjio za 282, 5–287, 5 eV (dopunska slika S1 (b)), što ukazuje na smanjenje funkcionalnih skupina ugljikovih ugljika, poput C = C, CH, CO i C = O, koje mogu proći fotolizu 21 .

Učinci vodene pare (faza 3)

Dodavanje 0, 2 Torr vodene pare pod UV zračenjem spustilo je jezgre vrhova Ti 2p (faza 3, Sl. 1) na pola puta, dostigavši ​​najnižu poziciju vrha tijekom čitavog eksperimentalnog tečaja. To se razlikuje od zanemarljivih promjena na R (110) filmu koje su izvijestili Ketteler i sur . 5 koji su davali samo 0, 1 mTorr vodene pare bez UV zračenja, što bi moglo biti premalo da izazove uočljive učinke. Budući da je više reagirao na promjene u okruženju od Ti 2p, spektar O1 se značajno pomaknuo, a pojavila su se dva nova vrha pri 533, 4 i 535, 5 eV (faza 3, Sl. 2). Prva tri vrha O1s rešetkastog kisika, OH br i OH t snižena su za više od 0, 2 eV sa svojih položaja u fazi 2 (Sl. 2), jer je isporučena vodena para povećala tlak u komori za ispitivanje i povećala količinu molekule vode adsorbirane na prah. Očekuje se da će opskrbljena vodena para povećati entropiju i smanjiti slobodnu energiju Gibbsa u sustavu zbog "faktora tlaka" koji su odredili Salmeron i sur . 23 . Prema tome, procjenjuje se da faktor tlaka vodene pare od 0, 2 Torr u našem istraživanju snižava BE za približno 0, 2 eV, u skladu s pomakom prvih tri vrha O1 u ovoj fazi.

Nasuprot sniženom BE od prva tri vrha O1, površinski adsorbirane molekule vode porasle su za 0, 2 eV i dosegle 534, 2 eV (Sl. 2). Iako je vrhunac XPS vode adsorbiran na površini R (110) spustio svoj BE s povećanom vodenom pokrivenošću 5, količina vodene pare (1 Torr na 270 K) koja se daje u studiji bila je više od pet puta veća od količine u našem trenutnom radu, S druge strane, promjena količine vodene pare s 0, 45 na 4, 5 Torr u drugom istraživanju nije uzrokovala značajne promjene u vodenim molekulama adsorbiranim na stehiometrijski A (101) 24 . Ovi rezultati pokazuju da ponašanje površinski adsorbiranih molekula vode na različitim kristalnim ravninama varira i može ponekad ovisiti o količini dovedene vodene pare. Dakle, promatranje monokristalnih aviona u kontroliranom okruženju može biti neprimjereno na svojstva in situ svojstava molekula vode na prahu P25 TiO2, koja sadrži mnogo kristalnih ploha kao „platforme“ za različite promjene vode površinski adsorbirane u promijenjenom ambijentu Uvjeti.

U fazi 3, površinski adsorbirane molekule vode dostigle su najviši BE položaj, najnižu kinetičku energiju i najveću udaljenost od rešetkanog kisika (3, 8 eV), OH br (2, 6 eV) i OHt (1, 7 eV) kroz čitav eksperimentalni tijek (Tabela 1). Ovo može odražavati najstabilniju prisutnost molekula vode na uzorku praha u različitim formatima, uključujući izravnu adsorpciju kroz usamljeni par molekula vode, formirajući složenu mrežu koja uključuje brojne vodikove veze među molekulama vode, OH br, OH t, itd. Na različite kristalne ravnine 25, 26, 27, 28, 29 .

Od dva nova vrha u fazi 3, prvi novi maksimum zabilježen je pri 533, 4 eV, a poklapa se s položajem površinski adsorbiranog kisika. Budući da kisik nije isporučen u ovoj fazi ili je opažen na uzorku tijekom faze 1-2, prisutnost površinski adsorbiranog kisika može biti posljedica cijepanja vode oksidacijom vode u rupama, stvaranjem vodika i kisika (H20 + 2 hv → H2 + ½O2) 30 ; posebno cijepanje vode iako je zabilježena fotokataliza P25. Drugi novi vrhunac na 1, 2 eV i 5, 1 eV iznad odgovarajuće površinske adsorbirane vode i rešetkastog kisika identificiran je kao vodena para u zraku koja se dovodi u komoru (tablica 1) (ili BE 535, 5 eV, slika 2), u skladu s ranije prijavljenim zapažanja 5 . Eksperimentalno je provjereno stanje vodene pare u zraku; kada je sonda XPS ukazana na ambijent komore za ispitivanje, vrste na površini uzorka između 529, 2–534, 5 eV nestale su iz spektra O1, dok je taj vrh ostao (dopunska slika S2).

Učinci vodene pare i O 2 (faza 4)

Najdrastičnije promjene na površini uzorka dogodile su se u opskrbi svih komponenti (UV zračenje, vodena para i kisik) u komori za ispitivanje tijekom faze 4, stanje bliže dnevnom okruženju. Da bi se bolje razgraničile promjene tijekom faze 4, dekonvolucionarni vrhovi između 528–537 eV povećani su kao što je prikazano na slici 3 kako bi se suprotstavili većem šumu spektra O1 tijekom faze 4 kada je opskrba vodenom parom i plinom O2 uzrokovala površinske promjene i raspršenje. Čak i sa smanjenom razlučivošću, prekrivanje spektra faza 3 i 4 potvrdilo je značajne površinske promjene u fazi 4 (Dopunska slika S3 (a)). Dodatak 0.8 Torr kisika u ovoj fazi dodatno je snizio vrhove Ti 2p 3/2 za više od 0, 1 eV. Iako je sukcesivno dodavanje vodene pare i kisika iz faze u fazu uzrokovalo ograničenu inkrementalnu promjenu (više od 0, 1 eV) u odnosu na početne uvjete (faze 1 i 2), oba jezgra Ti 2p vrhova su se smanjila za oko 0, 2–0, 3 eV, dosegnuvši najnižu BE u cjelokupnom eksperimentalnom toku (Sl. 1). To se uglavnom treba pripisati faktoru tlaka na vrhovima Ti2p, što kasnije potvrđuje i obrnuti položaj kada je prekinuta opskrba svim plinovima u fazi 6.

Image

Slika pune veličine

Uz najveće smanjenje vrhova Ti2p tijekom faze 4, spektar O1 je najsloženiji, koji sadrži najmanje 10 vrsta, uključujući tri vrha koja se dosljedno opažaju u prve tri faze (rešetkasti kisik, OH br i OH t ), dva nova vrha pri 532, 2 i 534, 6 eV koja se pojavljuju na prahu, površinski adsorbirani kisik (533, 5 eV), površinski adsorbirana voda (sl. 3) i tri vrha pri većem BE pripisuju se komponentama u zraku, to jest opskrbljenoj vodenom parom i kisik (faza 4, sl. 2). Novo isporučeni kisik u ovoj fazi rezultirao bi signalima zraka u zraku i O2 adsorbiranog na površini praha, u skladu s položajem navedenim u literaturi 32 . Plinoviti kisik predstavljen je s dva vrha (538, 8 i 539, 9 eV) koji su udaljeni ~ 1, 1 eV (Sl. 2), što odražava 1s razina spinova cijepanja paramagnetne prirode O2 33, 34 .

Kao što je prvi put opaženo putem XPS-a, prisutnost kisika potrebna je za formiranje dva nova površinska vrha pri 532, 2 i 534, 6 eV, što ih označava kao odgovarajuću vrstu peroksida i vodikov peroksid otopljen u površinskoj vodi na prahu. Prema reakcijskim mehanizmima prikazanim u tablici 2 (R6-R10), kada su bile prisutne sve komponente (UV, voda i kisik) (tj. Tijekom faze 4), najmanje dvije nove vrste s kisikom (HO 2 · i H 2 O 2 ) očekuju se. Kemijski se ti peroksidi mogu stvoriti reakcijama O2 + H · (H + + e cb - → H · ) → HO2 · i O2 · - + O 2 · - + 2 H + → H 2 O 2 + 0 (R6 i R7, tablica 2). S obzirom na njihovu visoku topivost u vodi, predlažemo da peroksidi na prahu mogu stvoriti vrhunac pri 532.2 eV, a njihovi otopljeni oblici u vodi stvaraju vrhunac pri 534.6 eV (faza 4, Sl. 3). Vrijedno je napomenuti da iako objavljeni rezultati pokazuju da je vrhunac pri 532.2 eV vjerovatnije pripisan površinski adsorbiranom H2O2 zbog prolaznog statusa HO2 · (ili HO2) kao prekursora H2O2 i OH t 2, 35, u budućnosti je potrebno više studija pomoću drugih alata za karakterizaciju (kao što su IR i STM) da bi se identificirali spojevi koji su uključeni, pa je stoga ovaj vrh dodijeljen kao kompozit peroksida u donjoj diskusiji.

Tablica pune veličine

S opskrbom kisika tijekom faze 4, molekule vode adsorbirane na površini uzorka smanjile su se za 0, 2 eV od svog položaja u fazi 3, približavajući se rešetkome kisiku, OH br i OH t s razlikom od 3, 6, 2, 3 i 1, 3 eV odnosno (tablica 1). Paralelno s tim, položaj vodene pare također se pomaknuo bliže kisiku rešetke i smanjio svoj položaj za 0, 2 eV, dajući razmak od ~ 1.3 eV iznad vrha adsorbiranog na površini, koji je ostao konstantan u promjenjivom okruženju kroz faze 3–5 ( Stol 1). Ovo dosljedno kretanje u različitim studijskim okruženjima, o kojima je po prvi put izvješteno, služi kao referenca za identificiranje površinski adsorbirane vode i neovisno je o njenom raznolikom ponašanju. To također ukazuje da interakcije plinova i površina vode molekula vode mogu regulirati ili stabilizirati cjelokupni sustav ispitivanja. Drugim riječima, postizanje takve međusobne interakcije vode i plina može biti primarni kriterij kada se molekule vode adsorbirane na površini podvrgavaju kompliciranim pokretima (npr. Disocijacija i formiranje složene vodikove mreže), što rezultira neto smanjenjem od 0, 2 eV.

Najizraženije smanjenje spektra Cs zabilježeno je tijekom faze 4, pri čemu se površina vrha smanjila za 70% u odnosu na početnu fazu 1, slažući se s zabilježenim opažanjem da je nakon izloženosti kisiku otkriveno manje organskih spojeva na površini uzorka 14 . Očekuje se znatan nestanak ugljikovih materijala sa površine praška, jer su glavni oksidanti (npr. O2, O2 · -, OH ·, HOO · i H 2 O 2 ) najzastupljeniji tijekom faze 4, uz prisustvo UV ozračivanje, vodena para i kisik, stanje relativno bliže stvarnom okruženju.

Prestanak UV zračenja (Faza 5), ​​opskrba vodom i kisikom (Faza 6), nakon čega slijedi produljena tama (Faza 7) i povratak UV zračenja (Faza 8)

Kako bi se predstavila nova otkrića različitih vrsta u posljednje četiri faze, u ovom se odjeljku prvo govori o značaju Ti 2p spektra, koji je podržan od O1s vrste u 5. fazi. Zatim promjena u površinski vezanom kisiku u fazi 5 i voda adsorbirana na prah u fazi 6 raspravlja se prije nego što se riješe druge vrste O1. Ovaj dio završava se promatranjem i implikacijom postojanih peroksida na prah kroz posljednju fazu eksperimentalnog tijeka.

Nedostatak promjene vrhova Ti jezgre tijekom faze 5 ukazuje da samo isključivanje UV zračenja nije imalo značajnog utjecaja na Ti 2p 3/2 . Umjesto toga, kontinuirano opskrbljena vodom i kisikom dominantno je održavala Ti2p u istom položaju u mraku. Tijekom faze 6, odsutnost tlaka prekidom opskrbe vodenom parom i kisikom u mraku preokrenuo je opadajući trend u Ti 2p 3/2 i povećao BE za 0, 2 eV (faza 6, tablica 1). Ovo je najosnovnija promjena u Ti2p spektru unutar jedne faze tijekom cijelog eksperimenta; vratio je spektar u prvobitni položaj BE faze 1 (Sl. 1) kompenzirajući gotovo sve postepeno smanjenje BE s uzastopnim dodavanjem molekula UV zračenja, vodene pare i kisika tijekom početne četiri faze. Obrnuti trend u fazi 6 također potvrđuje opažanje u fazi 5 da je prisutnost vodene pare i kisika ključni faktor u očuvanju vrhova Ti 2p na istoj poziciji u mraku; prema tome, kada je opskrba vodenom parom i kisikom prekinuta u fazi 6, uklonjen je i tlak pritiska, vrativši dva Ti 2p vrha u svoj izvorni BE. Održavanje uzorka u tamnom okruženju i pod vakuumom 10, 5 sati (faza 7), praćeno ponovnim zračenjem UV-a u fazi 8, nije prouzročilo vidljive promjene na dva jezgra jezgre, što odražava katalitičku (održivu) prirodu TiO U ovom istraživanju ispitano je 2 praška.

Odgovarajući spektar O1, koji je također ostao sličan fazi 4 (dopunska slika S3 (b)), podržava nepromijenjeni položaj Ti2p vrsta u fazi 5, demonstrirajući postojanu prisutnost O1s vrsta i potvrđujući trajnu reaktivnost TiO 2 praha u mraku. Ovo objašnjava promatranje produžene bakterijske dezinfekcijske aktivnosti u mraku nakon što je isključeno zračenje koje se koristilo za aktiviranje praška P25 36 . Nakon aktiviranja, vodena para i kisik mogu održavati reaktivnost TiO 2 praha bez fotona (najmanje 30 min). Ovo također ukazuje da su potrebni za pokretanje fotona, ali nepotrebno uvijek potrebni za održavanje reaktivnosti TiO 2 praha. Osim što ukazuje na prošireni doprinos TiO 2 praha u noćnom okruženju, potencijalno bi mogao uštedjeti energiju kada se fotokatalitički TiO 2 prah koristi za razne primjene (npr. Fotodinamička terapija) jer zračenje svjetlošću nije stalno potrebno.

Površinski adsorbirani kisik smanjio je svoj položaj za 0, 2 eV u fazi 5 (tablica 1), sugerirajući oslabljene procese uključene u fotone poput fotoadorpcije, fotodisocijacije i fotodeorpcije, a time i smanjeni položaj BE. Ipak, kisik se uporno adsorbira na površini uzorka, a njegov nepokolebljivi položaj na 2, 9–3, 0 eV veći je od rešetkastih kisika u promijenjenom okruženju faza 5–8 (tablica 1).

U odnosu na ostale vrste, površinski adsorbirana voda na prahu (533, 8 eV) pokazala je najvidljiviju promjenu u spektru O 1s tijekom faze 6, smanjujući njegov položaj u fazi 5 za 0, 2 eV (Sl. 3). U stvari, površinski adsorbirane molekule vode dinamički su reagirale na promjenjivo okruženje u ovom radu (Sl. 2). Nakon postizanja najvišeg položaja BE tijekom faze 3, dodavanje kisika je površinski adsorbiranu vodu smanjilo za 0, 2 eV, neovisno o prisutnosti i odsutnosti svjetla tijekom faza 4 i 5 (Sl. 2). Do dodatnog smanjenja za 0, 2 eV došlo je nakon prestanka opskrbe vodom i kisikom tijekom faze 6, dok su površinski adsorbirane molekule vode ostale na 3, 3–3, 4 eV iznad rešetkastog kisika tijekom faza 6–8, u skladu s položajem tijekom početne dvije faze u slično okruženje vakuuma (tablica 1). Ova faza također ima površinski adsorbiranu vodu najbližu rešetkome kisiku, s najnižim položajem BE među svim ispitivanim okruženjima. Ove dinamičke promjene odražavaju neto učinke kompliciranih faktora, kao što su struktura površine praha, interakcije vode i površine, površinske vrste i površinske reakcije 26, koje utječu na molekule hemisorbirane i fizizirane vode na površini praha. Dok je izviješteni položaj molekula vode adsorbirane na površini pokrivao široki raspon, 2, 0–3, 8 eV veći od rešetkastog kisika 5, 14, 15, 16, naši se rezultati razlikuju i preciziraju položaj vode adsorbirane na površini praha u pojedinačnim uvjetima okoliša,

Preostale vrste O1 (rešetkasti kisik, OH br, OH t, H2O2 otopljeni u vodi i peroksidi) na površini praha dostigli su svoj konačni položaj u fazi 5 bez daljnjeg prilagođavanja prekida dovoda plina (faza 6 ), produljeni vakuum u mraku (faza 7) i nastavljeno UV zračenjem (faza 8) (Sl. 2). Iako se faktor tlaka, koji je tijekom faze 3 smanjio položaj tri O1 površinske vrste (rešetkasti kisik, OH br i OH t ), treba preokrenuti nakon prekida dovoda vode i pare kisika u fazi 6, očekivano povećanje položaja BE moglo bi se nadoknaditi smanjenjem organskih spojeva u prahu, otkrivanjem nekih kristalnih ravnina hidroksilnih skupina koje će se ponovno organizirati. Kao što smo ranije raspravljali, oksidacija tijekom faze 4 bila je toliko jaka da su sljedeći Ci-spektri imali nekoliko vrhova; od faze 5 do ostatka eksperimenta, postoje marginalne razlike u površinskim organima, iako bi neki spojevi mogli ostati na površini uzorka. Stoga nije iznenađujuće da nakon što je UV zračenje nastavljeno u fazi 8, učinci fotolize na C1s spektru nisu bili vidljivi. Znatno smanjene organske vrste na površini uzorka tijekom kasnijih faza ovog istraživanja potvrđene su prekrivanjem spektra Cls faza 1 i 7, dobivenih u sličnom vakuumu u mraku (Dopunska slika S1 (c)), S manje organskih spojeva na prahu, položaj OH br je 1, 1–1, 2 eV iznad rešetkastog kisika, nešto niži od njegovog položaja tijekom faza 1 i 2 (Tablica 1). S druge strane, položaj OH t u odnosu na rešetkasti kisik bio je invarijan u pogledu smanjenja površinskih organskih onečišćenja i promjena u okolišu, zaostajući za 2, 1-2, 3 eV u odnosu na rešetkasti kisik tijekom cijelog pokusa (Tablica 1). Uzeto zajedno, razlikovanje OH t od OH br u svim fazama istraživanja daje važan ključ za ispitivanje fotokatalitičkih reakcijskih mehanizama različitih spojeva na prahu putem XPS, jer priroda i sastav hidroksilnih skupina mogu promijeniti kiselost, higroskopičnost i reaktivnost praha, utječući na to kako različiti spojevi utječu na površinu TiO2 u smislu adsorpcije, disocijacije, oksidacije itd. 37

Položaj BE H2O2 otopljenog u vodi ostao je 4, 0–4, 2 eV i 2, 3–2, 4 eV iznad dotičnih rešetkastih kisika i površinskih peroksida od faze 5 (tablica 1). Taj je vršnjak, međutim, nestao iz sustava nakon dužeg vakuumskog tretmana u mraku tijekom faze 7. Za razliku od nestalog H20 Otopljenog u vodi, peroksidi su postojali u cijelom promjenjivom okruženju, s konzistentnim položajem 1, 7 eV iznad rešetkastog kisika od faze 5 (tablica 1). Vrijedno je napomenuti da je, iako je vrh peroksida (532, 2 eV) ostao na istom položaju tijekom ostatka eksperimentalnih faza (tablica 1), njegovo odgovarajuće područje vrha značajno smanjilo za 60% nakon faze 6, što sugerira njegov nestanak tijekom produljene izloženosti vakuumirajte u mraku tijekom faze 7. Ipak, postojanost ovog vrha kroz faze 5–8 (Sl. 2) pokazuje jedinstvenu karakteristiku proširene oksidacijske sposobnosti aktiviranog TiO 2 u mraku. Ne pod utjecajem prekinute opskrbe vodenom parom i kisikom, produženim vakuumom u mraku i nastavljenim UV zračenjem, ovaj vrh ostao je na površini, pokazujući snažno prijanjanje (moguće kemorirano) praška u različitim okruženjima. To također može objasniti promatranu bioaktivaciju koju je izvršio prah TiO2 koji je korišten bez svjetlosne aktivacije 38, jer jednom aktiviran, oksidacijska sposobnost formira se na površini TiO 2 praha, gotovo poput urođene funkcije.

Zaključci

Promjene u spektrima Ti 2p, O 1s i C1s fotokatalitičke površine praška TiO 2 u sustavnom dovodu i uklanjanju UV zračenja, vodene pare i kisika u osam eksperimentalnih faza omogućavaju izravnu procjenu fotokatalitičke TiO 2 površine praha pod atmosferskom relevantnom uvjete nasuprot selektivno kontroliranim i usporedba u dnevnim i noćnim okruženjima. I Ti2p i O1s spektri podvrgnuti su se kretanju histereze, dostižući najnižu energiju vezanja (BE) uz kombinirano prisustvo UV zračenja, vodene pare i kisika, stanje bliže stvarnom atmosferskom okruženju. Trend opadanja u oba spektra nije bio obrnut uklanjanjem UV zračenja, već uklanjanjem zaliha vode i kisika u mraku, pokazujući da je prisutnost i vode i kisika dovoljna da održi katalitičku sposobnost TiO 2 praha bez fotona neko vremensko razdoblje. Dinamika vode na prahu karakteristična je za pojedinačna radna okruženja. Kad su se isporučivali samo vodena para i UV zračenje, molekule vode adsorbirane na površini pokazale su najveću BE, s najvećom udaljenosti od rešetke kisika, OH br i OH t . Pod uvjetima bližim dnevnom i noćnom atmosferskom okruženju, površinski adsorbirane molekule vode približile su se tim trima vrstama O1 s udaljenosti od 3, 6, 2, 3-2, 4 i 1, 3 eV, dok su imale najkraću udaljenost od njih pod vakuumom (faze 1, 2, 6–8).

Sljedeće sažima karakteristike površinskih vrsta koje su konzistentne u svim okruženjima u ovom istraživanju i bit će primjenjive na različite uvjete, uključujući umjetno dizajnirana i atmosferska relevantna okruženja:

  1. OH br i OH t identificirani su na 1, 1–1, 3 i 2, 1–2, 3 eV iznad rešetkastog kisika;

  2. Kad je prisutna, vodena para se uvijek postavlja 1, 3 eV više od molekula vode adsorbirane na površini;

  3. Peroksidi, kad se jednom formiraju, postavljaju se 1, 7-1, 8 eV iznad rešetkastog kisika;

  4. Vodikov peroksid otopljen u vodi, ako postoji, iznosi 4, 0–4, 2 eV i 2, 3–2, 4 −eV iznad odgovarajućeg rešetkastog kisika i peroksida na površini praha; i

  5. Površinski adsorbirani kisik je dosljedno postavljen 2, 9–3, 1 eV iznad rešetkastog kisika.

Dva nova vrha na 1, 7–1, 8 eV i 4, 0–4, 2 eV iznad rešetkastog kisika predložena su u obliku peroksida (532, 2 eV) i vodikovih peroksida (H 2 O 2 ) otopljenih u vodi (534, 4–534, 6 eV) na površini praha. Reaktivnost TiO 2 praška u mraku eksperimentalno je dokazana (1) prisutnošću same vodene pare i kisika, uvjetima bližim stvarnom noćnom okruženju, zadržava aktivirano stanje O1 vrsta, kao i redoks sposobnost aktiviranja TiO 2 prah za vremenski period i (2) jednom formiran, peroksidi na TiO 2 prahu zadržavaju se u različitim okruženjima. Ovi nalazi potvrđuju predloženu hipotezu, razjašnjavaju reaktivnost TiO 2 praška u mraku, koji je objavljen u objavljenoj literaturi, i omogućavaju nove primjene fotokatalitičkog TiO 2 praška.

metode

Komercijalno dostupan TiO 2 (Degussa P-25, EVONIK Industries AG, Njemačka) koji sadrži 80% anataze i 20% rutila korišten je za pripremu uzoraka praha za in situ XPS skeniranje. Prah TiO 2 u etanolu podvrgnut je ultrazvučnom miješanju radi stvaranja homogene koloidne otopine. Alikvot otopine je stavljen na zlatnu ploču i osušen. Prije nego što su ugostili TiO2 uzorke, zlatni supstrat je očišćen etanolnom otopinom u ultrazvučnoj kupelji 10 min. Pripremljeni uzorci stavljeni su u komoru za analizu in situ XPS mjerenja na 9.3.2 zračnoj liniji naprednog izvora svjetlosti u Nacionalnoj laboratoriji Lawrence Berkeley nakon eksperimentalne pripreme opisane u Grass i sur . 39 . Ukratko, energija fotona koji se javlja u rasponu od 250–850 eV dobivena je povećanjem prosječnog neelastičnog slobodnog puta emitiranog fotoelektrona. Ova je studija prvenstveno koristila incidentnu fotonsku energiju od 650 eV za različita XPS skeniranja. Komora za spektroskopiju opremljena je elektrostatičkim sočivima s različitom pumpom, omogućujući maksimalni tlak raznih plinova u komori pri ~ 21 ° C. 9 LED svjetiljka za crno svjetlo (LEDwholesalers, USA) s valnom duljinom od 365 nm postavljena je približno 20 cm od površine uzorka kako bi aktivirala TiO 2 uzorke.

TiO 2 uzorci su bili podvrgnuti in situ XPS skeniranju u osam uzastopnih faza pod uzastopno izmijenjenim uvjetima okoline, kako je detaljno opisano na (sl. 4), a koji su dizajnirani na temelju općeprihvaćenih mehanizama fotoaktivacije i kemijske reakcije TiO 2 u prisutnosti UV zračenje, vodena para i kisik, kako je sažeto u (Tablica 2). Kao kontrola, uzorak TiO 2 najprije je skeniran pod vakuumom u tamnom okruženju (faza 1, (slika 4). To je provedeno kao anketno ispitivanje koje pokriva područje od 0 do 600 eV s korakom od 0, 2 eV; sve ostala su ispitivanja izvedena u većoj razlučivosti elemenata Au, Ti, C i O, s korakom od 0, 1 eV. Skeniranje tijekom faze 2 provedeno je u prisutnosti UV svjetla za aktiviranje TiO 2 (faza 2, slika 4), tvoreći elektrone i rupe (tablica 2). Učinci vodene vlage na aktiviranu površinu TiO 2 zabilježeni su tijekom faze 3 (sl. 4), gdje je 200 mTorr vode (približno 1% RH na 22 ° C ili 0, 0108 mola / m 3 ) pumpa se u komoru na 75 minuta, nakon čega slijedi dodavanje 800 mTorr kisika (približno 0, 0434 mola / m 3 ) tijekom faze 4 (slika 4), što sačinjava ukupno 1 Torr plina U studijskoj komori. Ubrzo nakon što se ugasila UV svjetlost, prah TiO2 na Au supstrati skeniran je kako bi se ispitali neposredni učinci (faza 5, slika 4). Nakon obje vode porijek i opskrba kisikom prekinuti su u mraku za ~ 50 min, provedeno je skeniranje za procjenu promjena u prahu TiO 2 pod vakuumom i u tamnom okruženju (faza 6, slika 4). Faza 7 omogućila je da se uzorak praška odmori u tamnom, vakuum okruženju 10, 5 sati (faza 7, slika 4) da se promatraju promjene različitih oksidansa stvorenih iz prethodno aktiviranog TiO2. Čitav eksperimentalni tijek završen je ponovnim zračenjem UV svjetlosti u sustavu (faza 8, slika 4) da bi se usporedio s rezultatima skeniranja 2, pokazujući aktivirani TiO 2 prije uzastopnih promjena u ambijentu komore.

Image

Slika pune veličine

Spektri Ti2p, O1s i Cl obrađeni su softverom CasaXPS (Casa Software Ltd., UK) primjenom korekcije pozadine Shirley. Spektri uzorka korigirani su za efekte punjenja pomoću vrha Au 4f 7/2 pri 83, 8 eV, koji je bio dosljedan i stabilan kroz sve promjene u komori za skeniranje. Individual peak areas were also normalized by the corresponding reference (Au) peak area during the same phase to account for the inherent influence during individual study phases. Consistent with the previously reported system error (0.1–0.2 eV) of the in situ near ambient pressure XPS system, an error of 0.15 eV in this study was determined based on the maximum variation in the difference of the binding energy between the lattice oxygen and the Ti 2p peak from one experimental phase to another. Peak deconvolution was performed using the CasaXPS software, fitting multiple Gaussian-Lorentzian components in the ratio of 85:15. The full width at half maximum (FWHM) for all peaks obtained under an incident photon energy of 650 eV was constrained with a variation of 0.1 eV. The procedure and rationale of peak fitting for the spectra in detail is available in the supplementary materials.

dodatne informacije

How to cite this article: Krishnan, P. et al . Characterization of photocatalytic TiO 2 powder under varied environments using near ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy. Sci. Rep. 7, 43298; doi: 10.1038/srep43298 (2017).

Napomena izdavača: Springer Nature ostaje neutralan s obzirom na tvrdnje o nadležnosti u objavljenim mapama i institucionalnoj pripadnosti.

Reference

  1. 1.

    Coronado, JM et al. EPR study of the surface characteristics of nanostructured TiO2 under UV irradiation. Langmuir 17, 5368–5374 (2001).

      • Članak
      • Google znalca
  2. 2.

    Papageorgiou, AC et al. Electron traps and their effect on the surface chemistry of TiO2 (110). Proceedings of the National Academy of Sciences 107, 2391–2396 (2010).

      • Članak
      • Google znalca
  3. 3.

    Henderson, MA A surface science perspective on photocatalysis. Surface Science Reports 66, 185–297 (2011).

      • Članak
      • Google znalca
  4. 4.

    Stefanov, P. et al. XPS characterization of TiO2 layers deposited on quartz plates. Journal of Physics: Conference Series 100, 012039 (2008).

      • Članak
      • Google znalca
  5. 5.

    Ketteler, G. et al. The nature of water nucleation sites on TiO2 (110) surfaces revealed by ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry C 111, 8278–8282 (2007).

      • Članak
      • Google znalca
  6. 6.

    Bundaleski, N., Silva, A., Schröder, U., Moutinho, A. & Teodoro, O. Adsorption dynamics of water on the surface of TiO2 (110). Journal of Physics: Conference Series . 257, 012008 (2010).

      • Članak
      • Google znalca
  7. 7.

    Simonsen, ME, Li, Z. & Søgaard, EG Influence of the OH groups on the photocatalytic activity and photoinduced hydrophilicity of microwave assisted sol–gel TiO2 film. Applied Surface Science 255, 8054–8062 (2009).

      • Članak
      • Google znalca
  8. 8.

    Biesinger, MC, Lau, LW, Gerson, AR & Smart, RSC Resolving surface chemical states in XPS analysis of first row transition metals, oxides and hydroxides: Sc, Ti, V, Cu and Zn. Applied Surface Science 257, 887–898 (2010).

      • CAS
      • Članak
      • Google znalca
  9. 9.

    Wang, Y. et al. Role of point defects on the reactivity of reconstructed anatase titanium dioxide (001) surface. Nature communications 4, 2214, 10.1038/ncomms3214 (2013).

      • PubMed
      • Google znalca
  10. 10.

    Bluhm, H. et al. Methanol oxidation on a copper catalyst investigated using in situ X-ray photoelectron spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry B 108, 14340–14347 (2004).

      • Članak
      • Google znalca
  11. 11.

    Kumar, D., Chen, M. & Goodman, D. Characterization of ultra-thin TiO 2 films grown on Mo (112). Thin Solid Films 515, 1475–1479 (2006).

      • Članak
      • Google znalca
  12. 12.

    Pouilleau, J., Devilliers, D., Groult, H. & Marcus, P. Surface study of a titanium-based ceramic electrode material by X-ray photoelectron spectroscopy. Journal of materials science 32, 5645–5651 (1997).

      • Članak
      • Google znalca
  13. 13.

    Leshuk, T. et al. Photocatalytic activity of hydrogenated TiO2. ACS applied materials & interfaces 5, 1892–1895 (2013).

      • PubMed
      • Članak
      • Google znalca
  14. 14.

    Jribi, R. et al. Ultraviolet irradiation suppresses adhesion on TiO2. The Journal of Physical Chemistry C 113, 8273–8277 (2009).

      • Članak
      • Google znalca
  15. 15.

    Walle, L., Borg, A., Uvdal, P. & Sandell, A. Experimental evidence for mixed dissociative and molecular adsorption of water on a rutile TiO 2 (110) surface without oxygen vacancies. Physical Review B 80, 235436 (2009).

      • Članak
      • Google znalca
  16. 16.

    Perron, H. et al. Combined investigation of water sorption on TiO 2 rutile (110) single crystal face: XPS vs. periodic DFT. Surface Science 601, 518–527 (2007).

      • Članak
      • Google znalca
  17. 17.

    Yu, J., Zhao, X. & Zhao, Q. Effect of surface structure on photocatalytic activity of TiO 2 thin films prepared by sol-gel method. Thin solid films 379, 7–14 (2000).

      • Članak
      • Google znalca
  18. 18.

    Iwabuchi, A., Choo, C.-k. & Tanaka, K. Titania nanoparticles prepared with pulsed laser ablation of rutile single crystals in water. The Journal of Physical Chemistry B 108, 10863–10871 (2004).

      • Članak
      • Google znalca
  19. 19.

    Fusi, M. et al. Surface electronic and structural properties of nanostructured titanium oxide grown by pulsed laser deposition. Surface Science 605, 333–340 (2011).

      • Članak
      • Google znalca
  20. 20.

    Rosseler, O. et al. Chemistry of NO x on TiO2 Surfaces Studied by Ambient Pressure XPS: Products, Effect of UV Irradiation, Water, and Coadsorbed K+. The journal of physical chemistry letters 4, 536–541 (2013).

      • PubMed
      • Članak
      • Google znalca
  21. 21.

    Lampimäki, M. et al. Exploring the Environmental Photochemistry on the TiO2 (110) Surface in Situ by Near Ambient Pressure X-ray Photoelectron Spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry C 119, 7076–7085 (2015).

      • Članak
      • Google znalca
  22. 22.

    Tan, X., Fan, Q., Wang, X. & Grambow, B. Eu (III) sorption to TiO2 (anatase and rutile): batch, XPS, and EXAFS studies. Environmental science & technology 43, 3115–3121 (2009).

      • PubMed
      • Članak
      • Google znalca
  23. 23.

    Salmeron, M. & Schlögl, R. Ambient pressure photoelectron spectroscopy: A new tool for surface science and nanotechnology. Surface Science Reports 63, 169–199 (2008).

      • Članak
      • Google znalca
  24. 24.

    Jackman, MJ, Thomas, AG & Muryn, C. Photoelectron spectroscopy study of stoichiometric and reduced anatase TiO2 (101) surfaces: the effect of subsurface defects on water adsorption at near-ambient pressures. The Journal of Physical Chemistry C 119, 13682–13690 (2015).

      • Članak
      • Google znalca
  25. 25.

    Fujishima, A., Zhang, X. & Tryk, DA TiO 2 photocatalysis and related surface phenomena. Surface Science Reports 63, 515–582 (2008).

      • Članak
      • Google znalca
  26. 26.

    Starr, D., Liu, Z., Hävecker, M., Knop-Gericke, A. i Bluhm, H. Istraživanje čvrstih / parnih sučelja pomoću fotoelektronske spektroskopije pod pritiskom okoline. Recenzije kemijskog društva 42, 5833–5857 (2013).

      • PubMed
      • Članak
      • Google znalca
  27. 27.

    Pang, CL, Lindsay, R. & Thornton, G. Struktura čistih i kiselom adsorbatom prekrivenih rubovih TiO2 površina. Kemijski pregledi 113, 3887–3948 (2013).

      • PubMed
      • Članak
      • Google znalca
  28. 28.

    Henderson, MA, Shen, M., Wang, Z.-T. & Lyubinetsky, I. Karakterizacija vrsta aktivnih površina odgovornih za UV-induciranu desorpciju O2 s rutilne površine TiO2 (110). Časopis za fizičku kemiju C 117, 5774–5784 (2013).

      • Članak
      • Google znalca
  29. 29.

    Herman, GS, Dohnalek, Z., Ruzycki, N. i Diebold, U. Eksperimentalno istraživanje interakcije vode i metanola s anatazom-TiO2 (101). Časopis za fizikalnu kemiju B 107, 2788–2795 (2003).

      • Članak
      • Google znalca
  30. 30.

    Chou, HL, Hwang, BJ & Sun, CL kataliza u gorivim ćelijama i proizvodnji vodika u novim i budućim razvoju katalize (Ed. Suib, SL) Ch.9, 217-270 (Newnes, 2013).

      • Google znalca
  31. 31.

    Tang, J., Durrant, JR & Klug, DR Mehanizam fotokatalitičkog cijepanja vode u TiO2. Reakcija vode sa fotootporima, važnost dinamike nosača naboja i dokaz za kemiju u četiri rupe. Časopis Američkog kemijskog društva 130, 13885–13891 (2008).

      • PubMed
      • Članak
      • Google znalca
  32. 32.

    Liu, C., Jiang, Z., Tong, Z., Li, Y. i Yang, D. Biomimetička sinteza anorganskih nanokompozita pomoću novo dizajniranog peptida. RSC Advances 4, 434–441 (2014).

      • Članak
      • Google znalca
  33. 33.

    Hueso, J. i sur. Rendgenska fotoemijska spektroskopija u blizini i kinetički pristup mehanizmu oksidacije ugljičnog monoksida preko kobaltita supstituiranih lantanom. Catalysis Communications 10, 1898–1902 (2009).

      • Članak
      • Google znalca
  34. 34.

    Ogletree, DF i sur. Difuzno pumpani sustav elektrostatičkih leća za proučavanje fotoemije u milibarskom rasponu. Pregled znanstvenih instrumenata 73, 3872–3877 (2002).

      • Članak
      • Google znalca
  35. 35.

    Zhang, Z. i sur. Voda kao katalizator: Slikovne reakcije O2 s djelomično i potpuno hidroksiliranim TiO2 (110) površinama. Časopis za fizičku kemiju C 113, 1908–1916 (2009).

      • Članak
      • Google znalca
  36. 36.

    Hwang, S., Lee, MC i Choi, W. Visoko pojačana fotokatalitička oksidacija CO titanijom deponiranom s Pt nanočesticama: kinetika i mehanizam. Primijenjena kataliza B: okoliš 46, 49–63 (2003).

      • Članak
      • Google znalca
  37. 37.

    Nosaka, AY, Fujiwara, T., Yagi, H., Akutsu, H. i Nosaka, Y. Karakteristike vode adsorbirane na TiO2 fotokatalitičkim sustavima s povećanjem temperature kao što je proučavano SSH NMR spektroskopom u čvrstom stanju. Časopis za fizičku kemiju B 108, 9121–9125 (2004).

      • Članak
      • Google znalca
  38. 38.

    Maness, PC i sur. Baktericidna aktivnost fotokatalitičke reakcije TiO2: prema razumijevanju njezinog mehanizma ubijanja. Primjena i mikrobiologija okoliša 65, 4094–4098 (1999).

      • PubMed
      • Google znalca
  39. 39.

    Grass, ME i sur. Nova podstanica za fotoemiziju pod naponom pri naprednom izvoru svjetlosti 9.3. 2. Pregled znanstvenih instrumenata 81, 053106 (2010).

      • PubMed
      • Članak
      • Google znalca
  40. 40.

    Hoffmann, MR, Martin, ST, Choi, W. & Bahnemann, DW Primjene fotokatalize poluvodiča u okolišu. Kemijski pregledi 95, 69–96 (1995).

      • CAS
      • Članak
      • Google znalca
  41. 41.

    Dutta, PK, Pehkonen, S., Sharma, VK & Ray, AK Fotokatalitička oksidacija arsena (III): dokaz hidroksilnih radikala. Znanost i tehnologija o okolišu 39, 1827–1834 (2005).

      • PubMed
      • Članak
      • Google znalca
  42. 42.

    Houas, A. i sur. Staza fotokatalitičke razgradnje metilen plave boje u vodi. Primijenjena kataliza B: Environmental 31, 145–157 (2001).

      • Članak
      • Google znalca
  43. 43.

    Turchi, CS i Ollis, DF Fotokatalitička razgradnja organskih onečišćenja vode: mehanizmi koji uključuju napad hidroksilnih radikala. Časopis za katalizu 122, 178–192 (1990).

      • Članak
      • Google znalca
  44. 44.

    Buxton, GV, Greenstock, CL, Helman, WP & Ross, AB Kritički pregled konstanta brzine reakcija hidriranih elektrona, vodikovih atoma i hidroksilnih radikala (⋅ OH / ⋅ O-u vodenoj otopini. Časopis fizičkih i kemijskih referentnih podataka 17, 513–886 (1988).

      • Članak
      • Google znalca
  45. 45.

    Lundström, T., Christensen, H. & Sehested, K. Reakcija vodikovih atoma s vodikovim peroksidom kao funkcija temperature. Zračna fizika i kemija 61, 109–113 (2001).

      • Članak
      • Google znalca
  46. 46.

    Deng, Y. Fizikalno-kemijsko uklanjanje organskih onečišćenja u gradskim odlagalištima. u fokusu istraživanja odlagališta otpada (ur. Lehmann, EC) Ch. 1, 55–26 (Nova, 2007).

      • Google znalca

Preuzmite reference

Zahvale

Autori zahvaljuju dr. Ze-Liang Yuanu i prof. HC Zengu, Odjelu za kemijsko i biomolekularno inženjerstvo na Nacionalnom sveučilištu u Singapuru na korisnoj raspravi. Ovo istraživanje, u okviru programa Singapur-Berkeley Building Efikasnost i održivost u tropima (SinBerBEST), podržava Nacionalna istraživačka zaklada, Ured premijera, Singapur u okviru programa Campus for Research Excellence and Technological Enterprise (CREATE). Napredni izvor svjetlosti podržava direktor Ureda za znanost, Ured za osnovne znanosti o energiji, Odjeljenje za materijale materijala, američkog Ministarstva energije prema ugovoru br. DE-AC02-05CH11231 iz Nacionalne laboratorije Lawrence Berkeley i Sveučilište u Kaliforniji, Berkeley.

Dodatna informacija

PDF datoteke

  1. 1.

    Dodatna informacija

komentari

Slanjem komentara slažete se s našim Uvjetima i smjernicama zajednice. Ako ustanovite da je nešto zloupotrebno ili nije u skladu s našim uvjetima ili smjernicama, označite to kao neprimjereno.