Ti$_3^+$缺陷类型对TiO$_2$非均相光催化析氢活性的影响
化学物理
2020-04-27 v1 材料科学
摘要
还原态二氧化钛近年来备受关注，尤其是其独特的无共催化剂非均相光催化析氢应用。此前，还原态TiO光催化活性的增强被归因于点晶体缺陷（主要为Ti中心）的引入，这导致了本征共催化中心的形成以及可见光吸收能力的增强。本工作中，我们系统研究了TiO晶格中不同缺陷对光催化析氢的影响。为引入不同类型缺陷，对市售锐钛矿纳米粉体分别在空气（氧化）、Ar（惰性）、Ar/H（还原）和H（还原）气氛中进行热退火处理。随后，通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）对粉末进行表征，以阐明处理对材料性质的影响。此外，利用电子顺磁共振（EPR）光谱对缺陷类型进行表征。我们表明，在不同气氛中热退火可在TiO结构中形成不同数量的不同类型缺陷。通过在还原气氛中对锐钛矿粉体于适当温度/退火时间下退火，可获得最高的光催化活化。结合析氢与EPR分析结果，我们表明两种缺陷类型（即表面暴露的Ti与晶格内嵌Ti中心）以最佳低浓度同时存在，是优化光催化析氢速率的决定性因素。事实上，在所述的优化还原气氛条件下对锐钛矿粉体退火，可生成相当量的H，速率高达338 molh-1g-1。
引用
@article{arxiv.2004.11801,
title = {Influence of Ti$_3^+$ Defect-type on Heterogeneous Photocatalytic H$_2$ Evolution Activity of TiO$_2$},
author = {Shiva Mohajernia and Pavlina Andryskova and Giorgio Zoppellaro and Seyedsina Hejazi and Stepan Kment and Radek Zboril and Patrik Schmuki},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.11801},
year = {2020}
}