Pyrocatalytic oxidation – strong size-dependent poling effect on catalytic activity of pyroelectric BaTiO3 nano- and microparticles

文献情報

出版日 2020-09-22
DOI 10.1039/D0CP03158E
インパクトファクター 3.676
著者

Peter Neumeister


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要旨

Pyrocatalysis is an emerging advanced oxidation process for wastewater remediation with the potential for thermal energy harvesting and utilization. Although several studies explored the potential of new pyrocatalyst materials to degrade harmful organic water pollutants, the role of important material properties and electric poling procedures on the pyrocatalytic activity is still unclear. In this work, we investigate the interdependence between particle size, electric poling and pyrocatalytic activity of BaTiO3 powders with nominal particle sizes of 100, 200 and 500 nm by using the dichlorofluorescein redox assay. Depending on the particle size, the influence of surface area or phase composition on the pyrocatalytic activity predominates. Moreover, we demonstrate that poling of pyrocatalysts leads to a strong size-dependent increase of pyrocatalytic activity. This poling effect increases with particle size up to +247% and can be explained with size-dependent changes in phase composition and domain structure. Combining all results, the progression of the pyrocatalytic activity as a function of particle size was derived and a future strategy for maximizing the catalytic performance of pyrocatalysts was developed. This study greatly improves the understanding about the role of important material properties and electric poling on pyrocatalytic activity, thus enabling an effective catalyst design. With the help of highly active catalysts, the pyrocatalytic process can take the next step in its development into a new and energy-efficient advanced oxidation process for water remediation.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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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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