氧气空缺导致带隙缩小,以在碳化TiO2中提供高效的可见光响应
Sujun Guan1, Yanling Cheng2, Liang Hao3
1Research Center for Space System Innovation, Tokyo University of Science, Chiba, Japan.
Scientific reports
|August 29, 2023
概括
在碳粉中对二氧化 (TiO2) 涂层进行热处理,会产生氧气空隙 (OV),缩小带间隙. 这增加了TiO2的含量.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 纳米技术纳米技术
- 光催化作用的光催化
背景情况:
- 丁酸二氧化 (TiO2) 是一个广泛研究的光催化剂.
- 提高TiO2的可见光反应对于高效的光催化是至关重要的.
- 众所周知,氧空位 (OV) 影响了TiO2.2的电子特性.
研究的目的:
- 研究碳粉 (cHT) 热处理对TiO2涂层带隙和光催化活性的影响.
- 了解氧气空缺在修改电子结构和增强可见光响应中的作用.
- 为了优化cHT条件以提高光催化性能.
主要方法:
- TiO2涂层在不同温度和时间的碳粉中经过热处理.
- 使用扫描电子显微镜 (SEM) 分析了表面形态.
- 用UV-Vis光谱和X射线光电子光谱 (XPS) 来表征带间隙缩小和表面缺陷.
- 进行了第一原理计算,以研究非静电测量TiO2-x.的电子结构.
主要成果:
- 在碳粉中进行热处理成功地将氧空缺 (OV) 引入到TiO2网格中.
- 在TiO2表面形成了一个纳米到微尺度的纤维状结构,增加了可访问的表面积.
- 证实了带间隙缩小,导致可见光吸收增强.
- 光催化活性随着温度的增加而增加,在850°C时达到大约3倍的峰值.
结论:
- 碳辅助热处理是一种有效的方法,通过创建氧气空白来缩小TiO2涂层的带隙.
- 生成的OV和由此产生的结构变化显著增强了TiO2.2的可见光驱动的光催化活性.
- 第一原则计算支持OVs诱导的带隙缩小和在可见光下改善光催化机制.
