S-doped mesoporous nanocomposite of HTiNbO5 nanosheets and TiO2 nanoparticles with enhanced visible light photocatalytic activity

文献情報

出版日 2015-11-23
DOI 10.1039/C5CP06555K
インパクトファクター 3.676
著者

Ruirui Han, Hongmei Ji, Tao Sun, Jin Zhao, Ningna Chen, Jing Chen, Xuefeng Guo, Wenhua Hou, Weiping Ding


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要旨

The S-doped mesoporous nanocomposite (S-TNT) of HTiNbO5 nanosheets (NSs) and anatase TiO2 nanoparticles (NPs) with exposed {101} facets has been successfully synthesized by first mixing freeze-dried HTiNbO5 NSs with titanium isopropoxide and then calcination with thiourea in air. The exposed anatase {101} facets can act as a possible reservoir of the photogenerated electrons, yielding a highly reactive surface for the reduction of O2 to O2˙−. The partial substitution of Ti4+ by S6+ in the lattice of TiO2 NPs leads to a charge imbalance in S-TNT and the formation of Ti–O–S bonds. As a result, the formed cationic S-TNT favours adsorption of hydroxide ions (OH−ads) and thus captures the photo-induced holes to form hydroxyl radicals (˙OH). Moreover, with the formation of Ti–O–S bonds, partial electrons can be transferred from S to O atoms and hence the electron-deficient S atoms might capture photo-induced electrons. The surface-adsorbed SO42− could also act as an efficient electron trapping center to promote the separation of charge carriers. In addition, the Ti3+ species due to the removal of oxygen atoms during calcination and the associated oxygen vacancy defects on the surface of S-TNT could act as hole and electron scavengers, respectively. Besides, the closely contacted interface is formed between HTiNbO5 NSs and anatase TiO2 NPs due to the common features of TiO6 octahedra in two components, resulting in a nanoscale heterojunction structure to speed up the separation rate of photogenerated charge carriers. The formation of a nano-heterojunction and the incorporation of Ti3+ and S dopants give rise to the visible and near-infrared light response of S-TNT. The combined effects greatly retard the charge recombination and improve the photocatalytic activity for the degradation of rhodamine B (RhB) and phenol solution under visible light irradiation. The corresponding photocatalytic mechanism was investigated via the active species capture experiments. The present work may provide an insight into the fabrication of delicate composite photocatalysts with excellent performance.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

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CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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