Tính chất quang xúc tác của vật liệu TiO2 biến tính bằng các đám nano đồng ôxít được chế tạo bằng công nghệ lắng đọng lớp nguyên tử
261 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.83.2022.30-39Từ khóa:
Lắng đọng lớp nguyên tử; Biến tính bề mặt, TiO2/Cu2O; TiO2/CuO; Xúc tác quang.Tóm tắt
Trong công trình này, chúng tôi sử dụng công nghệ lắng đọng lớp nguyên tử để lắng đọng các đám nano Cu2O trên các hạt nano TiO2, tạo ra các chất xúc tác quang TiO2/Cu2O với nồng độ Cu trong khoảng 0,4-4,6%. Bằng cách xử lý nhiệt chất xúc tác TiO2/Cu2O trong không khí ở 400 °C trong 4 giờ, quá trình ôxi hóa Cu2O dẫn đến sự hình thành chất xúc tác TiO2/CuO có cùng nồng độ Cu. Các kết quả thu được đã chứng minh sự lắng đọng thành công của các đám nano Cu2O có đường kính trung bình trong khoảng 1,3-2,0 nm với cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt. Trong khi đó, cấu trúc đơn tà của CuO cũng được quan sát với cường độ yếu. Tính chất quang xúc tác của các vật liệu TiO2/Cu2O và TiO2/CuO được khảo sát thông qua sự phân hủy của dung dịch RhB dưới tác dụng của bức xạ UV. Kết quả cho thấy sự có mặt của các đám nano Cu2O và CuO với nồng độ Cu thấp có thể cải thiện hoạt tính quang xúc tác của TiO2. Với cùng nồng độ Cu, chất xúc tác TiO2/Cu2O có hoạt tính xúc tác cao hơn so với TiO2/CuO.
Tài liệu tham khảo
[1]. Chen, X.; Mao, S. S. "Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications". Chem. Rev., 107 (7), 2891–2959, (2007). https://doi.org/10.1021/cr0500535. DOI: https://doi.org/10.1021/cr0500535
[2]. Park, H.; Park, Y.; Kim, W.; Choi, W. "Surface Modification of TiO2 Photocatalyst for Environmental Applications". Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, 15, 1–20, (2013). https://doi.org/10.1016/j.jphotochemrev.2012.10.001. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jphotochemrev.2012.10.001
[3]. Schneider, J.; Matsuoka, M.; Takeuchi, M.; Zhang, J.; Horiuchi, Y.; Anpo, M.; Bahnemann, D. W. "Understanding TiO2 Photocatalysis: Mechanisms and Materials". Chem. Rev., 114 (19), 9919–9986, (2014). https://doi.org/10.1021/cr5001892. DOI: https://doi.org/10.1021/cr5001892
[4]. Moniz, S. J. A.; Tang, J. "Charge Transfer and Photocatalytic Activity in CuO/TiO2 Nanoparticle Heterojunctions Synthesised through a Rapid, One-Pot, Microwave Solvothermal Route". ChemCatChem, 7 (11), 1659–1667, (2015). https://doi.org/10.1002/cctc.201500315. DOI: https://doi.org/10.1002/cctc.201500315
[5]. Basnet, P.; Anderson, E.; Zhao, Y. "Hybrid CuxO–TiO2 Nanopowders Prepared by Ball Milling for Solar Energy Conversion and Visible-Light-Induced Wastewater Treatment". ACS Appl. Nano Mater., 2 (4), 2446–2455, (2019). https://doi.org/10.1021/acsanm.9b00325. DOI: https://doi.org/10.1021/acsanm.9b00325
[6]. Zhang, S.; Gong, X.; Shi, Q.; Ping, G.; Xu, H.; Waleed, A.; Li, G. "CuO Nanoparticle-Decorated TiO2-Nanotube Heterojunctions for Direct Synthesis of Methyl Formate via Photo-Oxidation of Methanol". ACS Omega, 5 (26), 15942–15948, (2020). https://doi.org/10.1021/acsomega.0c01169. DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.0c01169
[7]. Wei, T.; Zhu, Y.-N.; An, X.; Liu, L.-M.; Cao, X.; Liu, H.; Qu, J. "Defect Modulation of Z-Scheme TiO2/Cu2O Photocatalysts for Durable Water Splitting". ACS Catal., 9 (9), 8346–8354, (2019). https://doi.org/10.1021/acscatal.9b01786. DOI: https://doi.org/10.1021/acscatal.9b01786
[8]. Han, C.; Li, Z.; Shen, J. "Photocatalytic Degradation of Dodecyl-Benzenesulfonate over TiO2–Cu2O under Visible Irradiation". Journal of Hazardous Materials, 168 (1), 215–219, (2009). https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.02.020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.02.020
[9]. Puurunen, R. L. "Surface Chemistry of Atomic Layer Deposition: A Case Study for the Trimethylaluminum/Water Process". Journal of Applied Physics, 97 (12), 121301, (2005). https://doi.org/10.1063/1.1940727. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1940727
[10]. George, S. M. "Atomic Layer Deposition: An Overview". Chem. Rev., 110 (1), 111–131, (2010). https://doi.org/10.1021/cr900056b. DOI: https://doi.org/10.1021/cr900056b
[11]. O’Neill, B. J.; Jackson, D. H. K.; Lee, J.; Canlas, C.; Stair, P. C.; Marshall, C. L.; Elam, J. W.; Kuech, T. F.; Dumesic, J. A.; Huber, G. W. "Catalyst Design with Atomic Layer Deposition". ACS Catal., 5 (3), 1804–1825, (2015). https://doi.org/10.1021/cs501862h. DOI: https://doi.org/10.1021/cs501862h
[12]. Lu, J.; Elam, J. W.; Stair, P. C. "Atomic Layer Deposition—Sequential Self-Limiting Surface Reactions for Advanced Catalyst “Bottom-up” Synthesis". Surface Science Reports, 71 (2), 410–472, (2016). https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2016.03.003. DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2016.03.003
[13]. Bui, H. V.; Grillo, F.; Ommen, J. R. van. "Atomic and Molecular Layer Deposition: Off the Beaten Track". Chemical Communications, 53 (1), 45–71, (2017). https://doi.org/10.1039/C6CC05568K. DOI: https://doi.org/10.1039/C6CC05568K
[14]. Xu, Y.; Zheng, W.; Liu, X.; Zhang, L.; Zheng, L.; Yang, C.; Pinna, N.; Zhang, J. "Platinum Single Atoms on Tin Oxide Ultrathin Films for Extremely Sensitive Gas Detection". Mater. Horiz., 7 (6), 1519–1527, (2020). https://doi.org/10.1039/D0MH00495B. DOI: https://doi.org/10.1039/D0MH00495B
[15]. Sun, S.; Zhang, G.; Gauquelin, N.; Chen, N.; Zhou, J.; Yang, S.; Chen, W.; Meng, X.; Geng, D.; Banis, M. N.; Li, R.; Ye, S.; Knights, S.; Botton, G. A.; Sham, T.-K.; Sun, X. "Single-Atom Catalysis Using Pt/Graphene Achieved through Atomic Layer Deposition". Sci Rep, 3 (1), 1775, (2013). https://doi.org/10.1038/srep01775. DOI: https://doi.org/10.1038/srep01775
[16]. Benz, D.; Nguyen, Y.-N. T.; Le, T.-L. T.; Le, T.-H. T.; Le, V.-T.; Ommen, J. R. van; Bui, H. V. "Controlled Growth of Ultrasmall Cu2O Clusters on TiO2 Nanoparticles by Atmospheric-Pressure Atomic Layer Deposition for Enhanced Photocatalytic Activity". Nanotechnology, 32 (42), 425601, (2021). https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac10e2. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac10e2
[17]. Beetstra, R.; Lafont, U.; Nijenhuis, J.; Kelder, E. M.; van Ommen, J. R. "Atmospheric Pressure Process for Coating Particles Using Atomic Layer Deposition". Chemical Vapor Deposition, 15 (7–9), 227–233, (2009). https://doi.org/10.1002/cvde.200906775. DOI: https://doi.org/10.1002/cvde.200906775
[18]. Yang, Y.; Xu, D.; Wu, Q.; Diao, P. "Cu2O/CuO Bilayered Composite as a High-Efficiency Photocathode for Photoelectrochemical Hydrogen Evolution Reaction". Sci Rep, 6 (1), 35158, (2016). https://doi.org/10.1038/srep35158. DOI: https://doi.org/10.1038/srep35158
[19]. Wang, S.; Teng, F.; Zhao, Y. "Effect of the Molecular Structure and Surface Charge of a Bismuth Catalyst on the Adsorption and Photocatalytic Degradation of Dye Mixtures". RSC Adv., 5 (93), 76588–76598, (2015). https://doi.org/10.1039/C5RA14931B. DOI: https://doi.org/10.1039/C5RA14931B
[20]. Cheng, W.-Y.; Yu, T.-H.; Chao, K.-J.; Lu, S.-Y. "Cu2O-Decorated Mesoporous TiO2 Beads as a Highly Efficient Photocatalyst for Hydrogen Production". ChemCatChem, 6 (1), 293–300, (2014). https://doi.org/10.1002/cctc.201300681. DOI: https://doi.org/10.1002/cctc.201300681
[21]. Xu, Y.; Liang, D.; Liu, M.; Liu, D. "Preparation and Characterization of Cu2O–TiO2: Efficient Photocatalytic Degradation of Methylene Blue". Materials Research Bulletin, 43 (12), 3474–3482, (2008). https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2008.01.026. DOI: https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2008.01.026
[22]. Zhou, P.; Yu, J.; Jaroniec, M. "All-Solid-State Z-Scheme Photocatalytic Systems". Advanced Materials, 26 (29), 4920–4935, (2014). https://doi.org/10.1002/adma.201400288. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.201400288
[23]. Aguirre, M. E.; Zhou, R.; Eugene, A. J.; Guzman, M. I.; Grela, M. A. "Cu2O/TiO2 Heterostructures for CO2 Reduction through a Direct Z-Scheme: Protecting Cu2O from Photocorrosion". Applied Catalysis B: Environmental, 217, 485–493, (2017). https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.05.058. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.05.058
