Механізм фотокаталізу на поверхні TiO2

Розглянуто й узагальнено механізм гетерогенного фотокаталізу (утворення електрон-діркової пари) на поверхні ТіО2, що ініціюється ультрафіолетовим випромінюванням, а також стадії фотокаталітичного процесу. Визначено, що для збільшення ефективності фотокаталітичного процесу у видимому діапазоні світла необхідно зменшувати ширину забороненої зони каталізатора на основі титану (IV) оксиду. На підставі літературних джерел виявлено, що на фотокаталітичну активність впливають насамперед структурно-сорбційні характеристики, такі як розмір кристалітів, пористість (питома площа поверхні), ступінь кристалічності тощо. Проаналізовано шляхи модифікації каталізаторів на основі титану (IV) оксиду, які зменшать ширину забороненої зони, а отже, збільшать фотокаталітичну активність цього каталізатора у видимому діапазоні світла. Вибрано для подальших досліджень найбільш, на наш погляд, ефективні способи модифікації титану (IV) оксиду – нанесення металів на поверхню TiO2 і створення на основі останнього нанокомпозитів (гетероструктур).

Рік видання: 
2013
Номер: 
3
УДК: 
628.349.08
С. 114–118. Табл. 2. Бібліогр.: 21 назв.
Література: 

1. J. Zhu and M. Zäch, “Nanostructured materials for photocatalytic hydrogen production”, Current Opinion in Colloid&Interface Sci., vol. 14, no. 2, pp. 260—269, 2009.
2. Z. Guo et al., “Degradation of phenol by nanomaterial TiO2 in wastewater”, Chem. Eng. J., vol. 119, pp. 55—59, 2006.
3. J. Li еt al., “Photodegradation of dye pollutants on TiO2 nanoparticles dispersed in silicate under UV—VIS irradiation”, Appl. Catal. B: Environmental, vol. 331, pp. 331— 338, 2002.
4. N. Venkatachalam et al., “Alkaline earth metal doped nanoporous TiO2 for enhanced photocatalytic mineralisation of bisphenol-A”, Catal. Commun., vol. 8, pp. 1088— 1093, 2007.
5. K. Melghit and S. Al-Rabaniah, “Photodegradation of Congo red under sunlight catalyzed by nanorod rutile TiO2”, J. Photochem. Photobiol. A: Chem., vol. 184, no. 3, pp. 331—334, 2006.
6. S. Bakardjievaa et al., “Photoactivity of anatase—rutile TiO2 nanocrystalline mixtures obtained by heat treatment of homogeneously precipitated anatase”, Appl. Catal. B: Environmental, vol. 58, no. 2, pp. 193—202, 2005.
7. Z.R. Ismagilov et al., “Synthesis and stabilization of nanosized titanium dioxide”, Rus. Chem. Rev., vol. 78, no. 9, pp. 1—13, 2009.
8. Y. Wang et al., “Low Temperature Synthesis and Photocatalytic Activity of Rutile TiO2 Nanorod Superstructures”, J. Phys. Chem. C, vol. 111, pp. 2709—2714, 2007.
9. Нанофотокаталізатори на основі титану (ІV) оксиду: синтез та властивості (Огляд) / А.Я. Бариляк, Х.С. Бесага, Я.В. Бобицький, Я.І. Вахула // Фізика і хімія твердого тіла. — 2009. — 10, № 3. — С. 515—523.
10. Q. Sheng et al., “Synthesis of mesoporous titania with high photocatalytic activity by nanocrystalline particle assembly”, Microporous and Mesoporous Mater., vol. 87, pp. 177—184, 2006.
11. J.-M. Herrmann, “Heterogeneous photocatalysis: state of the art and present applications”, Topics in Catalysis, vol. 34, no. 1-4, pp. 49—65, 2005.
12. R. Vinu and G. Madras, “Environmental remediation by photocatalysis”, J. of the Indian Institute of Sci., vol. 90, no. 2, pp. 189—230, 2010.
13. J.-Y. Park et al., “Structure Related Photocatalytic Properties of TiO2”, Bull. Korean Chem. Soc., vol. 30, no. 2, pp. 402—404, 2009.
14. A. Fujishima et al., “Titanium dioxide photocatalysis”, J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev., vol. 1, no. 5, pp.1—21, 2000.
15. M. Landmann et al., “The electronic structure and optical response of rutile, anatase and brookite TiO2”, J. Phys.: Condens. Matter., vol. 24, no. 3, pp. 1—6, 2012.
16. A.D. Paola et al., “Brookite, the Least Known TiO2 Photocatalyst”, Catalysts, vol. 1, no. 3, pp. 36—73, 2013.
17. A. Pottier et al., “Synthesis of brookite TiO2 nanoparticles by thermolysis of TiCl4 in strongly acidic aqueous media”, J. Mater. Chem., vol. 11, no. 2, pp. 1116—1121, 2001.
18. R.W. Wyckoff, Crystal Structures. New York: John Wiley&Sons, 1963, pp. 7—83.
19. Артемьев Ю.М. Введение в гетерогенный фотокатализ. — СПб: Химия, 1999. — 304 с.
20. R. Inaba et al., “Synthesis of nanosized TiO2 particles in reverse micelle systems and their photocatalytic activity for degradation of toluene in gas phase”, J. Molecular Catal. A: Chemical, vol. 260, pp. 247—254, 2006.
21. A. Kudo, “Photocatalyst materials for water splitting”, Catalysis Surveys from Asia, vol. 7, no. 1, pp. 31—38, 2003.

Список літератури у транслітерації: 

1. J. Zhu and M. Zäch, “Nanostructured materials for photocatalytic hydrogen production”, Current Opinion in Colloid&Interface Sci., vol. 14, no. 2, pp. 260–269, 2009.
2. Z. Guo et al., “Degradation of phenol by nanomaterial TiO2 in wastewater”, Chem. Eng. J., vol. 119, pp. 55–59, 2006.
3. J. Li t al., “Photodegradation of dye pollutants on TiO2 nanoparticles dispersed in silicate under UV–VIS irradiation”, Appl. Catal. B: Environmental, vol. 331, pp. 331–338, 2002.
4. N. Venkatachalam et al., “Alkaline earth metal doped nanoporous TiO2 for enhanced photocatalytic mineralisation of bisphenol-A”, Catal. Commun., vol. 8, pp. 1088–1093, 2007.
5. K. Melghit and S. Al-Rabaniah, “Photodegradation of Congo red under sunlight catalyzed by nanorod rutile TiO2”, J. Photochem. Photobiol. A: Chem., vol. 184, no. 3, pp. 331–334, 2006.
6. S. Bakardjievaa et al., “Photoactivity of anatase–rutile TiO2 nanocrystalline mixtures obtained by heat treatment of homogeneously precipitated anatase”, Appl. Catal. B: Environmental, vol. 58, no. 2, pp. 193–202, 2005.
7. Z.R. Ismagilov et al., “Synthesis and stabilization of nano sized titanium dioxide”, Rus. Chem. Rev., vol. 78, no. 9, pp. 1–13, 2009.
8. Y. Wang et al., “Low Temperature Synthesis and Photocatalytic Activity of Rutile TiO2 Nanorod Superstructures”, J. Phys. Chem. C, vol. 111, pp. 2709–2714, 2007.
9. Nanofotokatalizatory na osnovi tytanu (IV) oksydu: syntez ta vlastyvosti (Ohli͡ad) / A.I͡a. Baryli͡ak, Kh.S. Besaha, I͡a.V. Bobyt͡s′kyĭ, I͡a.I. Vakhula // Fizyka i khimii͡a tverdoho tila. – 2009. – 10, # 3. – S. 515–523.
10. Q. Sheng et al., “Synthesis of mesoporous titania with high photocatalytic activity by nanocrystalline particle assembly”, Microporous and Mesoporous Mater., vol. 87, pp. 177–184, 2006.
11. J.-M. Herrmann, “Heterogeneous photocatalysis: state of the art and present applications”, Topics in Catalysis, vol. 34, no. 1-4, pp. 49–65, 2005.
12. R. Vinu and G. Madras, “Environmental remediation by photocatalysis”, J. of the Indian Institute of Sci., vol. 90, no. 2, pp. 189–230. 2010.
13. J.-Y. Park et al., “Structure Related Photocatalytic Properties of TiO2”, Bull. Korean Chem. Soc., vol. 30, no. 2, pp. 402–404, 2009.
14. A. Fujishima et al., “Titanium dioxide photocatalysis”, J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev., vol. 1, no. 5, pp.1–21, 2000.
15. M. Landmann et al., “The electronic structure and optical response of rutile, anatase and brookite TiO2”, J. Phys.: Condens. Matter., vol. 24, no. 3, pp. 1–6, 2012.
16. A.D. Paola et al., “Brookite, the Least Known TiO2 Photocatalyst”, Catalysts, vol. 1, no. 3, pp. 36–73, 2013.
17. A. Pottier et al., “Synthesis of brookite TiO2 nanoparticles by thermolysis of TiCl4 in strongly acidic aqueous media”, J. Mater. Chem., vol. 11, no. 2, pp. 1116–1121, 2001.
18. R.W. Wyckoff, Crystal Structures. New York: John Wiley&Sons, 1963, pp. 7–83.
19. Artem'ev I͡U.M. Vvedenie v geterogennyĭ fotokataliz. – SPb: Khimii͡a, 1999. – 304 s.
20. R. Inaba et al., “Synthesis of nanosized TiO2 particles in reverse micelle systems and their photocatalytic activity for degradation of toluene in gas phase”, J. Molecular Catal. A: Chemical, vol. 260, pp. 247–254, 2006.
21. A. Kudo, “Photocatalyst materials for water splitting”, Catalysis Surveys from Asia, vol. 7, no. 1, pp. 31–38, 2003.

Текст статтіРозмір
2013-3-19.pdf270.35 КБ

Тематичні розділи журналу

,