Comprender la alta actividad fotocatalítica del TiO2 codificado (B, Ag) bajo irradiación de luz solar con cálculos de XPS, RMN en estado sólido y DFT

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La catálisis de la catálisis.
• La fotoquímica es la fotoquímica.

Sus antecedentes:

• Los catalizadores basados en dióxido de titanio (TiO2) son ampliamente utilizados en la fotocatálisis.
• El dopaje de TiO(2) con elementos como el boro (B) y la plata (Ag) puede mejorar su actividad de luz solar.
• Comprender los efectos sinérgicos del codoping es crucial para el diseño del catalizador.

Objetivo del estudio:

• Para investigar el origen de la alta actividad de la luz solar en los catalizadores TiO2 (B, Ag) codificados.
• Para aclarar los roles de los dopantes de boro y plata y sus interacciones sinérgicas.
• Comprender las propiedades estructurales y electrónicas responsables de la fotocatálisis mejorada.

Principales métodos:

• Espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) para analizar los estados químicos dopantes y la implantación de celosía.
• In situ XPS para monitorear la evolución del dopante bajo irradiación UV-Vis.
• (11) B Espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) de estado sólido (girado de ángulo mágico triple-cuántico y doble-cuántico) para identificar especies de boro.
• Cálculos de la Teoría Funcional de Densidad (DFT) para modelar unidades estructurales y propiedades electrónicas.

Principales resultados:

• XPS confirmó la implantación de iones Ag(3+) cerca del boro intersticial (B(int.)) sitios, formando el [B]int. ) -O-Ag] las unidades.
• In situ XPS reveló que estas unidades atrapan electrones fotoinducidos, causando cambios espectrales.
• (11) La RMN B identificó seis especies de boro, con boro intersticial tricoordinado (T*) cerca del Ag sustitutivo formando unidades [T*-O-Ag].
• Los cálculos de DFT mostraron que las unidades [T*-O-Ag] atrapan electrones, prolongando la vida útil del portador de carga y aumentando la actividad fotocatalítica.

Conclusiones:

• El efecto sinérgico de la codopaje de boro y plata en TiO(2) crea unidades estructurales específicas [T*-O-Ag].
• Estas unidades son clave para atrapar electrones fotoinducidos, mejorando significativamente el rendimiento fotocatalítico bajo la luz solar.
• Los hallazgos proporcionan información crucial sobre las funciones del dopante y los efectos sinérgicos para la fotocatálisis mediada por titanio.