Fotokatalitinių tio2 miltelių apibūdinimas įvairiose aplinkose, naudojant artimo aplinkos slėgiui rentgeno fotoelektroninę spektroskopiją | mokslinės ataskaitos

Fotokatalitinių tio2 miltelių apibūdinimas įvairiose aplinkose, naudojant artimo aplinkos slėgiui rentgeno fotoelektroninę spektroskopiją | mokslinės ataskaitos

Anonim

Dalykai

  • Fotokatalizė
  • Paviršiaus spektroskopija

Anotacija

Fotokatalitinių TiO 2 miltelių paviršiaus pokyčiams apibūdinti buvo naudojami aštuoni tyrimo etapai, kai iš eilės nebuvo UV spinduliuotės, vandens garų ir deguonies, naudojant beveik aplinkos slėgio rentgeno fotoelektroninę spektroskopiją (XPS). Tiek Ti 2p, tiek O 1s spektrai rodo histerezę per eksperimentinį kursą. Visose tiriamose aplinkose tiltelio hidroksilo (OH br ) ir galinio hidroksilo (OH t ) ribos yra atitinkamai 1, 1–1, 3 eV ir 2, 1–2, 3 eV virš deguonies. Tai įgalina naują ir papildomą metodą apibūdinant TiO 2 miltelių reaktyvumą. Nustatomas dinaminis paviršinių vandens molekulių elgesys kiekvienoje tyrimo aplinkoje, išlaikant pastovų 1, 3 eV atstumą nuo vandens garų padėties. Tamsoje nepertraukiamas vandens garų ir deguonies tiekimas yra pagrindinis veiksnys, palaikantis suaktyvintą TiO 2 miltelių būseną tam tikrą laiką. Dvi naujos paviršiaus smailės, esančios 1, 7–1, 8 ir 4, 0–4, 2 eV aukštyje virš gardelės deguonies, yra atitinkamai nurodytos kaip peroksidai (OOH / H 2 O 2 ) ir H 2 O 2, ištirpinti vandenyje. Patvarūs peroksidai ant miltelių papildomai paaiškina anksčiau pastebėtas ilgalaikes TiO 2 miltelių oksidacijos galimybes be švitinimo.

Įvadas

Titano dioksidas (TiO 2 ) yra vienas iš dažniausiai naudojamų fotokatalizatorių su plačiomis modifikacijomis daugeliui pritaikymų. Iki šiol gausiuose eksperimentiniuose tyrimuose buvo pastebėtas TiO 2 paviršiaus kaip plonų plėvelių ar pavienių kristalų atominio lygio stebėjimas naudojant įvairius įrankius, tokius kaip skenavimo tunelinės mikroskopija (STM) ir elektronų paramagnetinis rezonansas (EPR). Daugelį išvadų apibendrino Hendersenas, pateikdamas išsamią informaciją nuorodose 1, 2, 3 . Šie straipsniai sėkmingai pažengia į tam tikrų TiO 2 kristalų paviršių grotelių ir paviršiaus mechanizmų pokyčius; vis dėlto, norint išsiaiškinti unikalius faktinio naudojimo aplinkos aplinkoje stebėjimus, pavyzdžiui, dezinfekavimą fotokatalitiniais TiO 2 milteliais tamsoje, reikia labiau suprasti rinkoje esančių TiO 2 miltelių paviršiaus ypatybes.

Neįkandamas tiesioginis birių TiO 2 miltelių aktyvacijos ir pokyčių stebėjimas realistiškesnėje aplinkoje yra būtinas norint ištirti pagrindinius klausimus, pavyzdžiui, kaip aktyvuotas TiO 2 gali efektyviausiai mineralizuoti ore esančius teršalus. Šiuo metu ore esančių komponentų, tokių kaip drėgmė, poveikis TiO 2 veikimui yra tiriamas netiesiogiai, remiantis reagentų ar mineralizacijos produktų (pvz., CO 2 ) sumažėjimo stebėjimais. Rentgeno fotoelektroninė spektroskopija (XPS) buvo įprasta priemonė paviršiaus savybėms tirti, tačiau aukšto vakuumo aplinka panaikina galimybę ištirti pusiau lakias ir lakias rūšis ant paviršiaus, sukuriant mažiau nei išsamų vaizdą. Pranašesnis už įprastą ypač aukšto vakuumo XPS, aplinkos aplinkos slėgis XPS kartu su sinchroninio šviesos šaltiniu suteikia unikalią galimybę in situ tirti paviršiaus charakteristikas (pvz., Paviršiaus adsorbuotas dujas), turinčias daug didesnį jautrumą ir skiriamąją gebą. Tai taip pat suteikia galimybę realiu laiku ištirti paviršiaus ir aplinkos sąveiką, įvedant norimus komponentus, pavyzdžiui, dujas, kad būtų galima gauti naujų išvadų ir įžvalgų apie paviršiaus pokyčius. Nors tai yra ideali priemonė tiesioginiam mėginio paviršiaus stebėjimui, nedaugelyje straipsnių buvo ištirti atrinkti TiO 2 pavieniai kristalai, įdedant mažai pastangų ištirti didelius fotokatalitinius TiO 2 miltelius tokiomis sąlygomis, kaip apšvietimas, deguonis ir vandens garai.

Šiems poreikiams patenkinti mes panaudojome pažangųjį XPS su sinchrotrono spinduliuotės šviesos šaltiniu, norėdami ištirti birių fotokatalitinių TiO 2 miltelių paviršiaus pokyčius esant artimui aplinkos slėgiui, iš eilės tiekiant ir nutraukiant UV švitinimą, vandens drėgmę ir deguonį per aštuonias nuoseklias eksperimentines fazes. Ti2p, O1s ir C1s spektrai buvo ištirti siekiant parodyti, kaip aplinkos pokyčiai veikia fotokatalitinių TiO 2 miltelių paviršiaus savybes. Šis unikalus eksperimento planas leido mums gauti įvairių rezultatų, apie kuriuos pranešama pirmą kartą. Žemiau pirmiausia pateikiame pagrindines Ti 2p ir O 1s spektrų tendencijas, prieš tai išsamiai aptardami svarbiausias išvadas atskiruose tyrimo etapuose, įskaitant diferencijuotas paviršiaus hidroksilo grupes, apibrėžiančius physisorbto vandens dinamiką ir išaiškinančius nuolatinį TiO 2 miltelių redokso gebėjimą. tamsa.

Rezultatai ir DISKUSIJA

Pagrindiniai Ti 2p ir O 1s XPS spektrų smailės parodė histerezės tendencijas per atskiras aštuonias fazes (1 ir 2 pav.), Pirmą kartą stebimą per in situ XPS, esant kintančiai aplinkos aplinkai. Apskritai, smailės pasislinko į mažesnę BE, kai nuosekliai tiekiami ultravioletiniai švitinimai, vandens garai ir deguonis, ir pasiekę mažiausią vertę 4 ir 5 fazėse. Mažėjanti tendencija pasikeitė, nutraukus abiejų dujų tiekimą tamsoje. 6 fazės metu 6–8 fazėse pasiekiama galutinė padėtis, kuri yra panaši į pradinę 1 fazės būklę (1 ir 2 pav.).

Image

Vizualiam stebėjimui pridedama punktyrinė vertikalioji linija.

Visas dydis

Image

Vizualiam stebėjimui pridedama punktyrinė vertikalioji linija.

Visas dydis

Nauji O 1s spektrų požymiai pastebimi kartu su histerezės tendencija ir labiau reaguoja į aplinkos pokyčius nei Ti 2p spektrai. Sukauptas Ti 2p šerdies smailių sumažėjimas nuo 1 iki 4 fazės yra reikšmingas, nors Ti 2p šerdies smailės rodo nedidelį BE sumažėjimą tarp dviejų gretimų fazių, kai iš eilės tiekiami vandens garai ir deguonis (1 pav.). Žymius Ti 2p šerdies smailių sukauptus pokyčius per pirmąsias keturias fazes patvirtina esminis poslinkis 6 fazėje, kai vandens garų ir deguonies tiekimo nutraukimas tamsoje pakeitė tendenciją ir padidino šerdies smailių BE maždaug ~ 0, 2 eV (2 pav.). Tai yra didžiausias Ti 2p šerdies smailių padidėjimas vienoje fazėje, kuris atsveria visus ankstesnius laipsniškus mažėjimus BE padėtyse, grąžindamas Ti 2p šerdies smailės į pradines padėtis (6 fazė, 2 pav.). Skirtingai nei Ti 2p spektrai, eksperimento pabaigoje O1s spektrai rodė nuolatinius papildymus (2 pav.), Atspindėdami ilgalaikį eksperimentinio ciklo poveikį miltelių paviršiui. Toliau pateikiama išsamesnė diskusija apie Ti 2p ir O 1s spektrų pokyčius kartu su C 1s spektrais atskiroms tyrimo fazėms.

TiO 2 vakuume tamsioje aplinkoje (1 fazė)

Vakuuminėje ir tamsioje aplinkoje du identifikuoti Ti 2p smailės esant 459, 3 (Ti 2p 3/2 ) ir 465, 0 eV (Ti 2p 1/2 ) (2 pav.) Yra panašūs į paskelbtas vietas 458, 6–459, 5 eV ir 463, 0 vietose. –464, 8 eV, atitinkamai 4, 5, 6, 7, 8, 9 . Dvi pagrindinės O 1 smailės yra žemiau 535, 0 eV (2 pav.), Tai yra paviršiaus rūšių 10 sritis . O1s spektro kuprinė forma rodo, kad yra įbrėžtų paviršiaus rūšių, kurios per smailės dekonvoliuciją buvo išskaidytos iki keturių smailių esant 530, 7, 531, 9, 532, 9 ir 534, 0 eV (2 pav.). Pirmoji smailė, esant 530, 7 eV, žymi O tinklelį, sujungtą su Ti 4+, ir tai atitinka anksčiau paskelbtus rezultatus, svyruojančius tarp 529, 7–530, 7 eV, 4, 5, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 14 . Kitos trys smailės susidaro dėl vandens molekulių įtakos mėginio paviršiui, atsižvelgiant į OH grupę, kurioje deguonis yra jungiamojoje deguonies vietoje (OH br, 531, 9 eV), o OH grupė yra kaip galinė grupė (OH t, 532, 9 eV). ) su deguonimi, prijungtu prie penkių suderintų Ti 4+ su O-Ti 4+ kovalentiniu ryšiu, ir vandens molekulėmis miltelių paviršiuje (534, 0 eV) (2 pav.).

Kai tyrimo kamera per 1 fazę buvo sausa, vandens molekulės galėjo adsorbuoti mėginiuose maždaug 3, 3 eV didesnės nei grotelės deguonis (1 lentelė), sutinkant su paskelbtais duomenimis, pateikiančiais 2, 0–3, 8 eV skirtumą tarp paviršiaus adsorbuoto vandens ir grotelių deguonies. 5, 14, 15, 16 . Šio tyrimo metu OH br ir OH t BE padėtis ant P25 miltelių buvo diferencijuota esant 1, 2 eV ir 2, 2 eV aukščiau gardelės deguonies. Nors svarbiausi XPS tyrimai priskiria 531, 5–532, 4 eV mėginio paviršiaus hidroksilo grupėms, neišskiriant OH br nuo OH t 4, 5, 7, 12, 17, 18, tačiau nenurodytų OH grupių BE padėtis paprastai yra 1, 1–2, 8. eV didesnis nei gardelės deguonis. Tai patvirtina mūsų tyrimą, rodantį nedekonvoliuotas OH grupes (OH br ir OH t kartu), esant 1, 4–1, 8 eV aukštyje virš grotelių deguonies. Be to, mūsų dekonvoliuotas OH br, kurio padėtis yra maždaug 1, 2 eV didesnė už grotelių deguonį (1 lentelė), atitinkantį 531, 9 eV (2 pav.), Atitinka Ketteler et al . 5, kuris pasiūlė, kad OH br smailė ant rutilo (110) būtų 1, 1–1, 6 eV aukštesnė už gardelės O 1 smailę. Taigi, išskyrę specifinę OH br smailę iš sugrupuotos hidroksilo padėties, mes galime nustatyti OH t smailę esant 2, 2 eV virš gardelės deguonies (1 lentelė) arba esant 532, 9 eV P25 milteliams šioje fazėje (2 pav.).

Pilno dydžio lentelė

Identifikuotos OH br ir OH t smailės per 1 fazę apima organinius junginius, nes neišvengiamai būdingi organiniai teršalai mėginio paviršiuje yra 19, panašiai kaip paviršiaus adsorbuotos vandens molekulės. Organinių teršalų buvimas mūsų miltelių mėginyje buvo ištirtas remiantis Cs spektru su nedeguonintu C (CC ir CH) esant 284, 8 eV. Palyginti su šia viršūne, mes nustatėme karbonilo C (C = C), esterio anglies (CO) ir karboksilato anglies (C = O) koncentraciją atitinkamai atitinkamai 0, 8 eV, 0, 9 eV ir 1, 9 eV aukščiau (papildomas paveikslas S1 (a) )), atsižvelgiant į pozicijas, nurodytas literatūroje 14, 20, 21 . Atitinkama O1s organinių elementų padėtis oro paveiktiems mėginiams buvo tarp 531, 8 ir 533, 0 eV 5, 20, 21, 22, kurie galėtų būti įmirkyti po bendrą hidroksilo smailę, svyruojančią tarp 529, 9–534, 8 eV mūsų tyrime, paveikdami dekonvoliuotas pozicijas. Šis trikdymas hidroksilo grupių dekonvoliuotoje padėtyje toliau tiriamas, kai vėlesnėse fazėse organinių rūšių sumažėjo, kaip aptarta paskutiniame skyriuje.

Fotokatalinis TiO 2 aktyvavimas ( 2 fazė)

Kai buvo apšvitinta ultravioletiniu spinduliuote (2 fazė), pastebėtas nedidelis Ti 2p šerdies smailių pokytis (1 pav.), Remiantis Simonsen ir kt . 7, kuris pranešė apie nereikšmingą UV šviesos poveikį TiO 2 plonoms plėvelėms. Panašiai kaip Ti 2p spektrą šioje fazėje, atskirų O 1 smailių pokyčių nepastebima (2 pav.), Nors kai kurie paviršiniai anglies teršalai buvo suskaidyti, nes C 1s spektras 2 fazės metu sumažėjo 282, 5–287, 5 eV (papildomas paveikslas). S1 (b)), nurodant angliavandenių funkcinių grupių, tokių kaip C = C, CH, CO ir C = O, kurioms gali būti taikoma fotolizė, 21 sumažėjimą.

Vandens garų poveikis (3 fazė)

Pridėjus 0, 2 Torro vandens garų UV spinduliuotės metu, Ti2p (3 fazė, 1 pav.) Šerdies smailės buvo sumažintos perpus ir pasiekus žemiausią smailės vietą per visą bandymo laiką. Tai skiriasi nuo nereikšmingų R (110) plėvelės pokyčių, apie kuriuos pranešė Ketteler ir kt . 5 žmonės, įleidę tik 0, 1 mTorr vandens garus be UV spinduliuotės, to galėjo būti per mažai, kad būtų galima pastebėti poveikį. O1s spektras, reaguodamas į aplinkos pokyčius nei Ti2p, smarkiai pasislinko ir atsirado dvi naujos smailės, esant 533, 4 ir 535, 5 eV (3 fazė, 2 pav.). Pirmieji trys O1s grotelių deguonies, OHbr ir OHt smailės buvo sumažintos daugiau nei 0, 2 eV nuo jų padėties 2 fazėje (2 pav.), Nes tiekiami vandens garai padidino slėgį tyrimo kameroje ir padidino ant miltelių adsorbuotos vandens molekulės. Tikimasi, kad tiekiami vandens garai padidins entropiją ir sumažins Gibbs'o energiją sistemoje dėl „slėgio koeficiento“, kurį nurodė Salmeron et al . 23 Taigi, mūsų tyrime apskaičiuota, kad slėgio koeficientas, kurį daro 0, 2 Torro vandens garai, sumažina BE maždaug 0, 2 eV, laikydamasis pirmųjų trijų O 1s smailių poslinkio šioje fazėje.

Priešingai nei sumažėjęs pirmųjų trijų O 1 smailių BE, paviršiaus adsorbuotos vandens molekulės padidėjo 0, 2 eV ir pasiekė 534, 2 eV (2 pav.). Nors R (110) paviršiuje adsorbuoto vandens XPS smailė sumažino savo BE didėjant vandens padengimui 5, tyrime pateiktas vandens garų kiekis (1 torras esant 270 K) buvo daugiau nei penkis kartus didesnis nei dabartiniame darbe. . Kita vertus, pakeitus vandens garų kiekį nuo 0, 45 iki 4, 5 Torr kitame tyrime, nepastebėta didelių pokyčių vandens molekulėse, adsorbuotose stechiometriniame A (101) 24 . Šie rezultatai rodo, kad paviršiaus adsorbuotų vandens molekulių elgesys skirtingose ​​kristalų plokštumose skiriasi ir kartais gali priklausyti nuo tiekiamo vandens garų kiekio. Taigi vienkristalinių plokštumų stebėjimas kontroliuojamoje aplinkoje gali būti netaikomas P25 TiO 2 miltelių vandens molekulių in situ savybėms, kurie turi daug kristalų, kaip „platformas“ įvairiems paviršiaus adsorbuoto vandens pokyčiams pakitusioje aplinkoje. sąlygos.

3 fazėje paviršiaus adsorbuotos vandens molekulės per visą eksperimento laiką pasiekė aukščiausią BE padėtį, mažiausią kinetinę energiją ir didžiausią atstumą nuo gardelės deguonies (3, 8 eV), OH br (2, 6 eV) ir OHt (1, 7 eV) (lentelė). 1). Tai gali atspindėti stabiliausią vandens molekulių buvimą įvairių formų miltelių mėginyje, įskaitant tiesioginę adsorbciją per vienišas vandens molekulių poras, sudarančias sudėtingą tinklą, apimantį daugybę vandenilio jungčių tarp vandens molekulių, OH br, OH t ir kt. skirtingos krištolo plokštumos 25, 26, 27, 28, 29 .

Iš dviejų naujų 3 fazės smailių pirmoji nauja smailė buvo pastebėta esant 533, 4 eV, ir ji sutampa su paviršiaus adsorbuoto deguonies padėtimi. Kadangi šioje fazėje deguonis nebuvo tiekiamas arba jo nebuvo stebima 1–2 fazėse, paviršiuje adsorbuotas deguonis galėjo atsirasti dėl to, kad vanduo skilo per vandens skylutes, sukurdamas vandenilį ir deguonį (H 2 O + 2 hv → H2 + ½O2) 30 ; ypač skaidomas vanduo, nors buvo pranešta apie fotokatalizę virš P25 31 . Antroji nauja smailė esant 1, 2 eV ir 5, 1 eV virš atitinkamo paviršiaus adsorbuoto vandens ir gardelės deguonies yra identifikuojama kaip į orą tiekiami vandens garai (1 lentelė) (arba BE 535, 5 eV, 2 pav.), Atitinkanti anksčiau praneštus duomenis. stebėjimai 5 . Vandens garų būklė ore buvo eksperimentiškai patikrinta; kai XPS zondas buvo nukreiptas į tyrimo kameros aplinką, mėginio paviršiuje esančios rūšys, esančios 529, 2–534, 5 eV, dingo iš O 1s spektro, o ši smailė išliko (papildomas paveikslas S2).

Vandens garų ir O 2 poveikis (4 fazė)

Drastiškiausi pokyčiai mėginio paviršiuje įvyko tiriant visus kameros komponentus (UV spinduliuotę, vandens garus ir deguonį) 4 fazės metu, ty arčiau dienos aplinkos. Kad būtų geriau nubrėžti pokyčiai 4 fazės metu, dekonvoliuotos smailės tarp 528–537 eV buvo padidintos, kaip parodyta 3 pav., Kad būtų galima atremti didesnį O 1s spektro triukšmą 4 fazėje, kai tiek vandens, tiek O2 dujos tiekiamos paviršiaus pokyčiai ir išsibarstymas. Net ir sumažinus skiriamąją gebą, 3 ir 4 fazių spektrų sutapimas patvirtino reikšmingus paviršiaus pokyčius 4 fazėje (papildomas S3 paveikslas (a)). Šioje fazėje pridėjus 0, 8 Torro deguonies, Ti 2p 3/2 smailės dar labiau sumažėjo daugiau kaip 0, 1 eV. Nors vienas po kito pridedami vandens garai ir deguonis iš fazės į fazę sąlygojo ribotus inkrementinius pokyčius (daugiau kaip 0, 1 eV), palyginti su pradinėmis sąlygomis (1 ir 2 fazės), abi šerdies Ti2p smailės sumažėjo maždaug 0, 2–0, 3 eV ir pasiekė žemiausią. BE per visą eksperimentinį kursą (1 pav.). Tai daugiausia turėtų būti priskiriama slėgio faktoriui Ti2p smailėse, kurį vėliau patvirtina atvirkštinė padėtis, kai visos dujų tiekimas buvo nutrauktas 6 fazėje.

Image

Visas dydis

Kartu su didžiausiu Ti 2p smailių sumažėjimu 4 fazėje, O1s spektras yra pats sudėtingiausias, susidedantis iš mažiausiai 10 rūšių, įskaitant tris smailes, nuosekliai stebimas pirmose trijose fazėse (grotelių deguonis, OH br ir OH t ), du nauji smailės, esančios 532, 2 ir 534, 6 eV, susidarančios ant miltelių, paviršiuje adsorbuoto deguonies (533, 5 eV), paviršiaus adsorbuoto vandens (3 pav.) ir trys smailės, esant aukštesnei BE, priskiriamos ore esantiems komponentams, tai yra, tiekiamiems vandens garams ir deguonis (4 fazė, 2 pav.). Naujai tiekiamas deguonis šioje fazėje duotų ore esančių rūšių ir O2 adsorbuojamų miltelių paviršiuje signalus, atitinkančius literatūroje nurodytą padėtį 32 . Dujinį deguonį žymi dvi smailės (538, 8 ir 539, 9 eV), esančios ~ 1, 1 eV atstumu (2 pav.), Atspindinčios 1s verpstės padalijimo lygį, O 2 paramagnetinį pobūdį 33, 34 .

Kaip pirmą kartą stebėta per XPS, norint susidaryti dviem naujiems paviršiaus smailiams esant 532, 2 ir 534, 6 eV, reikia deguonies, kad jie būtų pažymėti kaip atitinkamos peroksido rūšys ir vandenilio peroksidas, ištirpęs paviršiniame vandenyje ant miltelių. Pagal 2 lentelėje pateiktus reakcijos mechanizmus (R6 – R10), kai buvo visi komponentai (UV, vanduo ir deguonis) (ty 4 fazės metu), bent dvi naujos deguonimi prisotintos rūšys (HO 2 · ir H 2 O 2) ) tikimasi. Chemiškai šie peroksidai gali būti formuojami O2 + H · (H + + e cb - → H · ) → HO 2 · ir O 2 · - + O 2 · - + 2 H + → H 2 O 2 reakcijomis. + O2 (R6 ir R7, 2 lentelė). Atsižvelgiant į didelį jų tirpumą vandenyje, mes siūlome, kad miltelių peroksidai galėtų sudaryti smailę esant 532, 2 eV, o jų ištirpę pavidalai vandenyje sudarytų smailę esant 534, 6 eV (4 fazė, 3 pav.). Verta paminėti, kad nors paskelbti rezultatai rodo, kad smailė esant 532, 2 eV greičiausiai yra priskiriama paviršiaus adsorbuotam H 2 O 2 dėl laikinojo HO 2 · (arba HO 2 ), kaip H 2 O 2 pirmtako, statuso. ir OH t 2, 35, ateityje reikės atlikti daugiau tyrimų, naudojant kitas apibūdinimo priemones (tokias kaip IR ir STM), kad būtų galima nustatyti junginius, todėl ši smailė toliau pateiktoje diskusijoje yra paskirta kaip peroksidų junginys.

Pilno dydžio lentelė

Tiekiant deguonį 4 fazės metu, mėginio paviršiuje adsorbuotos vandens molekulės sumažėjo 0, 2 eV nuo jų padėties 3 fazėje, priartėjant prie grotelių deguonies, OH br ir OH t skirtumu 3, 6, 2, 3 ir 1, 3 eV., atitinkamai (1 lentelė). Tuo pačiu metu vandens garų padėtis taip pat pakito arčiau grotelių deguonies ir sumažėjo jos padėtis 0, 2 eV, susidarant ~ 1, 3 eV atstumui virš paviršiaus adsorbuoto vandens smailės, kuri kintančioje aplinkoje išliko pastovi per 3–5 fazes ( 1 lentelė). Šis nuoseklus judėjimas skirtingose ​​tyrimo aplinkose, apie kurį pranešta pirmą kartą, naudojamas kaip orientacinis būdas identifikuoti paviršiaus adsorbuotą vandenį ir nepriklauso nuo jo įvairaus elgesio. Tai taip pat rodo, kad vandens molekulių sąveika su dujų ir paviršiaus paviršiumi gali reguliuoti arba stabilizuoti bendrą tyrimo sistemą. Kitaip tariant, pasiekti tokį vandens ir dujų paviršiaus santykį gali būti pagrindinis kriterijus, kai paviršiaus adsorbuotos vandens molekulės sudėtingai juda (pvz., Disocijuojasi ir sudaro sudėtingą vandenilio tinklą), todėl grynasis sumažėjimas yra 0, 2 eV.

Ryškiausias C 1s spektro sumažėjimas pastebimas 4 fazėje, kai smailės plotas, palyginti su pradine 1 faze, sumažėja 70%, sutinkant su pranešimu, kad veikiant deguoniui mėginio paviršiuje buvo aptikta mažiau organinių junginių. 14 . Tikimasi, kad iš miltelių paviršiaus iš esmės išnyks angliarūgštės, nes pagrindiniai oksidatoriai (pvz., O 2, O 2 · -, OH ·, HOO · ir H 2 O 2 ) yra gausiausi 4 fazėje, esant UV spinduliams. švitinimas, vandens garai ir deguonis, sąlyga, gana artima realiai aplinkai.

UV švitinimo (5 fazė), vandens garų ir deguonies tiekimo (6 fazės) nutraukimas, po kurio tęsiasi tamsa (7 fazė) ir UV švitinimo grįžimas (8 fazė)

Norėdami pristatyti naujus įvairių rūšių duomenis per paskutines keturias fazes, šiame skyriuje pirmiausia aptariama Ti 2p spektrų, kuriuos palaiko O 1s rūšys 5 fazėje, svarba. Tada - paviršiaus deguonies pokyčiai fazėje. Prieš pradedant spręsti kitas O1 rūšis, aptariamas 6 pav. Ir milteliuose adsorbuotas vanduo 6 fazėje. Šis skyrius baigiamas stebint ir nustatant nuolatinius peroksidus ant miltelių paskutiniame eksperimento etape.

Ti šerdies smailių pokyčių nebuvimas 5 fazėje rodo, kad vien tik UV spinduliuotės išjungimas neturėjo didelės įtakos Ti 2p 3/2 . Atvirkščiai, nuolat tiekiamas vanduo ir deguonis vyravo Ti 2p toje pačioje vietoje tamsoje. 6 fazės metu slėgio nebuvimas nutraukiant vandens garų ir deguonies tiekimą tamsoje panaikino Ti 2p 3/2 mažėjimo tendenciją ir padidino BE 0, 2 eV (6 fazė, 1 lentelė). Tai yra pats reikšmingiausias Ti 2p spektro pokytis per vieną fazę viso eksperimento metu; jis grąžino spektrą į pradinę 1 fazės BE padėtį (1 pav.), kompensuodamas beveik visą laipsnišką BE sumažėjimą, iš eilės pridedant UV švitinimo, vandens garų ir deguonies molekules per pirmąsias keturias fazes. Atvirkštinė 6 fazės tendencija taip pat patvirtina 5 fazės pastebėjimą, kad vandens garų ir deguonies buvimas yra pagrindinis veiksnys, norint išsaugoti Ti 2p smailės toje pačioje vietoje tamsoje; taigi, kai 6 fazėje buvo nutrauktas vandens garų ir deguonies tiekimas, slėgio poveikis taip pat buvo pašalintas, grąžinant dvi Ti2p viršūnes į pradinę BE. Palaikant mėginį tamsioje aplinkoje ir vakuume 10, 5 valandos (7 fazė), po to pakartotinai apšvitinant UV 8 fazėje, dviejų šerdies smailių nepastebėta. Tai atspindėjo katalizinį (tvarų) TiO pobūdį. Šiame tyrime ištirti 2 milteliai.

Atitinkamas O 1s spektras, kuris taip pat išliko panašus į 4 fazę (papildomas S3 pav. B), patvirtina nepakitusią Ti 2p rūšių padėtį 5 fazėje, parodydamas nuolatinį O 1s rūšių buvimą ir patvirtindamas ilgalaikį TiO reaktyvumą. 2 milteliai tamsoje. Tai paaiškina išplėstinį bakterijų dezinfekavimo aktyvumą tamsoje po to, kai buvo išjungtas šviesos švitinimas, naudojamas P25 milteliams suaktyvinti 36 . Suaktyvinę vandens garai ir deguonis gali išlaikyti TiO 2 miltelių reaktyvumą be fotonų (mažiausiai 30 minučių). Tai taip pat leidžia manyti, kad norint inicijuoti fotonus, bet nebūtinai visada reikia, kad palaikytų TiO 2 miltelių reaktyvumą. Tai ne tik parodytų išplėstinį TiO 2 miltelių indėlį į naktinę aplinkos aplinką, bet ir galėtų sutaupyti energijos, kai fotokatalitiniai TiO 2 milteliai naudojami įvairiems tikslams (pvz., Fotodinaminei terapijai), nes nereikia nuolat švitinti šviesos.

Paviršiuje adsorbuotas deguonis sumažino savo padėtį 0, 2 eV 5-oje fazėje (1 lentelė), o tai rodo susilpnintus fotonu susijusius procesus, tokius kaip fotoadorbcija, fotodisociacija ir fotodesorbcija, taigi ir sumažėjusią BE padėtį. Nepaisant to, pirmą kartą pranešama, kad mėginio paviršiuje nuolat adsorbuojamas deguonis, o jo nestabili padėtis esant 2, 9–3, 0 eV aukštesnei nei gardelės deguonis pakitusioje 5–8 fazių aplinkoje (1 lentelė).

Palyginus su kitomis rūšimis, paviršiuje adsorbuotas vanduo ant miltelių (533, 8 eV) parodė ryškiausią O 1s spektro pokytį 6 fazės metu, sumažindamas jo padėtį 5 fazėje 0, 2 eV (3 pav.). Tiesą sakant, paviršiaus adsorbuotos vandens molekulės šiame darbe dinamiškai reagavo į besikeičiančią aplinką (2 pav.). 3 fazėje pasiekus aukščiausią BE padėtį, pridėjus deguonies, paviršiaus adsorbuotas vanduo sumažėjo 0, 2 eV, nepriklausomai nuo šviesos buvimo ir nebuvimo 4 ir 5 fazėse (2 pav.). Papildomas sumažėjimas 0, 2 eV įvyko nutraukus vandens ir deguonies tiekimą 6 fazėje, o paviršiaus adsorbuotos vandens molekulės išliko 3, 3–3, 4 eV virš deguonies gardelės per 6–8 fazes, tai atitiko padėtį pirmųjų dviejų fazių metu. panaši vakuuminė aplinka (1 lentelė). Šioje fazėje paviršinis adsorbuotas vanduo yra arčiausiai grotelių deguonies, o žemiausia BE padėtis yra tarp visų tirtų aplinkų. Šie dinaminiai pokyčiai atspindi grynąjį komplikuotų veiksnių, tokių kaip miltelių paviršiaus struktūra, vandens ir paviršiaus sąveika, paviršiaus rūšys ir paviršiaus reakcijos 26, poveikį cheminės ir physisorbed vandens molekulių ant miltelių paviršiaus. Nors pranešta paviršiaus adsorbuotų vandens molekulių padėtis apėmė platų diapazoną, 2, 0–3, 8 eV, didesnį nei gardelės deguonis 5, 14, 15, 16, mūsų rezultatai diferencijuoja ir nurodo vandens, adsorbuoto ant miltelių paviršiaus, padėtį individualiomis aplinkos sąlygomis. .

Likusios O 1s rūšys (deguonies grotelės, OH br, OH t, H 2 O 2 ištirpintos vandenyje ir peroksidai) miltelių paviršiuje pasiekė savo galutinę padėtį 5 fazėje, papildomai nesureguliavus dujų tiekimo nutraukimo (6 fazė) ), užsitęsęs vakuumas tamsoje (7 fazė) ir atnaujintas UV švitinimas (8 fazė) (2 pav.). Nors slėgio koeficientą, kuris 3 fazėje sumažino trijų O 1s paviršiaus rūšių (gardelės deguonies, OH br ir OH t ) padėtį, 6 fazėje nutraukus tiek vandens, tiek deguonies garų tiekimą, turėtų būti keičiama, laukiamas BE padėties padidėjimą galėtų kompensuoti miltelių sudėtyje esančių organinių junginių sumažėjimas, atidengus kai kurias kristalines plokštumas hidroksilo grupėms, kad jos galėtų vėl išdėstyti. Kaip jau buvo aptarta anksčiau, 4 fazės oksidacija buvo tokia stipri, kad paskesniuose C1s spektruose buvo keletas smailių; nuo 5 fazės iki likusio eksperimento paviršiaus paviršiaus organikoje yra nedaug skirtumų, nors kai kurie junginiai galėjo likti mėginio paviršiuje. Taigi nenuostabu, kad atnaujinus UV švitinimą 8 fazėje, fotolizės poveikis Cs spektrui nebuvo stebimas. Iš esmės sumažintos organinės rūšys mėginio paviršiuje vėlesniuose šio tyrimo etapuose buvo patikrintos perdengiant 1 ir 7 fazių C1s spektrus, gautus panašioje vakuumo aplinkoje tamsoje (papildomas S1 paveikslo c punktas). . Kai milteliuose yra mažiau organinių junginių, OH br padėtis yra 1, 1–1, 2 eV virš deguonies gardelės, šiek tiek mažesnė nei jo padėtis 1 ir 2 fazėse (1 lentelė). Kita vertus, OH t padėtis grotelių deguonies atžvilgiu buvo nekintama atsižvelgiant į paviršiaus organinių teršalų sumažėjimą ir aplinkos pokyčius, viso eksperimento metu likus 2, 1–2, 3 eV daugiau nei grotelių deguonį (1 lentelė). Apibendrinant, OH t diferenciacija iš OH br visose tyrimo fazėse yra reikšmingas raktas tiriant įvairių junginių fotokatalitinių reakcijų mechanizmus ant miltelių per XPS, nes hidroksilo grupių pobūdis ir sudėtis gali pakeisti miltelių rūgštingumą, higroskopiškumą ir reaktyvumą, paveikti įvairių junginių sąveiką su TiO 2 paviršiumi adsorbcijos, disociacijos, oksidacijos ir kt. atžvilgiu.

Vandenyje ištirpusio H 2 O 2 BE padėtis nuo 5 fazės išliko 4, 0–4, 2 eV ir 2, 3–2, 4 eV virš atitinkamo gardelės deguonies ir paviršiaus peroksidų (1 lentelė). Tačiau šis pikas išnyko iš sistemos po ilgo vakuuminio apdorojimo tamsoje 7 fazės metu. Skirtingai nuo išnykusio H 2 O 2, ištirpinto vandenyje, peroksidai išliko visoje besikeičiančioje aplinkoje, o pastovi padėtis 1, 7 eV virš gardelės deguonies nuo fazės. 5 (1 lentelė). Verta paminėti, kad nors peroksido smailė (532, 2 eV) išliko toje pačioje padėtyje per likusius eksperimentinius etapus (1 lentelė), jos atitinkamas smailės plotas po 6 fazės smarkiai sumažėjo 60%, o tai rodo jo išnykimą ilgalaikio veikimo metu. vakuumas tamsoje 7 fazės metu. Nepaisant to, šios smailės išlikimas per 5–8 fazes (2 pav.) parodo unikalią aktyvuoto TiO 2 išplėstinio oksidacinio pajėgumo savybes tamsoje. Šis pikas, kuriam įtakos neturėjo nutrauktas tiek vandens garų, tiek deguonies tiekimas, užsitęsęs vakuumas tamsoje ir atnaujintas UV švitinimas, išliko paviršiuje ir parodė stiprų miltelių sukibimą (galbūt chemiškai absorbuotą) esant įvairioms aplinkoms. Tai taip pat gali paaiškinti stebėtą TiO 2 miltelių, kurie buvo naudojami be šviesos aktyvavimo 38, biologinį inaktyvavimą, nes, suaktyvinus, TiO 2 miltelių paviršiuje susidaro oksidacinis gebėjimas, beveik kaip būdinga funkcija.

Išvados

Fotokatalitinių TiO 2 miltelių paviršiaus Ti 2p, O 1 ir C 1 spektrų pokyčiai sistemingai tiekiant ir šalinant UV švitinimą, vandens garus ir deguonį aštuoniose eksperimentinėse fazėse leidžia tiesiogiai įvertinti fotokatalitinių TiO 2 miltelių paviršių atmosferoje sąlygos palyginus su pasirinktinai kontroliuojamomis ir palyginimas dienos ir nakties aplinkoje. Tiek Ti 2p, tiek O 1s spektrai buvo histerezės judėjimo metu ir pasiekė mažiausią rišamąją energiją (BE) kartu su UV švitinimu, vandens garais ir deguonimi, tai yra arčiau realios atmosferos aplinkos. Mažėjančią abiejų spektrų tendenciją neatstatė UV spinduliuotės pašalinimas, bet tamsoje pašalinus vandenį ir deguonį, parodant, kad tiek vandens, tiek deguonies pakanka TiO 2 miltelių katalitinėms galimybėms palaikyti. be fotonų tam tikrą laiką. Vandens dinamika ant miltelių yra būdinga individualiai tyrimo aplinkai. Kai buvo tiekiami tik vandens garai ir UV spinduliai, paviršiaus adsorbuotos vandens molekulės parodė didžiausią BE ir didžiausią atstumą nuo grotelių deguonies, OH br ir OH t . Esant arčiau dienos, nei nakties atmosferai, paviršiaus adsorbuotos vandens molekulės judėjo arčiau šių trijų O 1s rūšių atitinkamai 3, 6, 2, 3–2, 4 ir 1, 3 eV atstumu, o mažiausias atstumas nuo jų vakuume. (1, 2, 6–8 fazės).

Toliau apibendrinamos paviršinių rūšių charakteristikos, kurios yra vienodos visose šio tyrimo aplinkose ir bus taikomos įvairioms sąlygoms, įskaitant dirbtinai suprojektuotą ir atmosferą atitinkančią aplinką:

  1. OH br ir OH t identifikuojami 1, 1–1, 3 ir 2, 1–2, 3 eV aukštyje virš deguonies;

  2. When present, water vapor is always positioned 1.3 eV higher than the surface-adsorbed water molecules;

  3. Peroxides, once formed, are positioned 1.7–1.8 eV above lattice oxygen;

  4. Hydrogen peroxide dissolved in water, if present, is 4.0–4.2 eV and 2.3–2.4 −eV above respective lattice oxygen and peroxides on the powder surface; ir

  5. Surface-adsorbed oxygen is consistently positioned 2.9–3.1 eV above lattice oxygen.

Two new peaks at 1.7–1.8 eV and 4.0–4.2 eV above lattice oxygen were proposed as peroxides (532.2 eV) and hydrogen peroxides (H 2 O 2 ) dissolved in water (534.4–534.6 eV) on the powder surface, respectively. The reactivity of TiO 2 powder in the dark is experimentally evidenced by (1) the presence of water vapor and oxygen alone, conditions closer to a real nocturnal environment, retains the activated status of O 1s species, as well as the redox capability of activated TiO 2 powder for a period of time, and (2) once formed, peroxides on the TiO 2 powder persist through varied environments. These findings verify the proposed hypothesis, elucidate the reactivity of TiO 2 powder in the dark reported in the published literature, and enable new applications of photocatalytic TiO 2 powder.

Metodai

Commercially available TiO 2 (Degussa P-25, EVONIK Industries AG, Germany) comprising 80% anatase and 20% rutile was employed to prepare powder samples for in situ XPS scans. TiO 2 powder in ethanol underwent ultrasonic agitation to create a homogeneous colloidal solution. An aliquot of the solution was placed on a gold plate and dried. Prior to hosting TiO 2 samples, the gold substrate was cleaned using an ethanol solution in an ultrasonic bath for 10 min. The prepared samples were placed in an analysis chamber for in situ XPS measurements at the 9.3.2 beamline of the Advanced Light Source at Lawrence Berkeley National Laboratory following the experimental set-up described in Grass et al . 39 . In brief, incident photon energy ranging from 250–850 eV was supplied by increasing the inelastic mean free path of the emitted photoelectron. This study primarily used incident photon energy of 650 eV for various XPS scans. The spectroscopy chamber was equipped with a differentially pumped electrostatic lens, allowing a maximal pressure of 1 Torr of various gases in the chamber at ~21 °C. A 9 LED blacklight flashlight (LEDwholesalers, USA) with a wavelength of 365 nm was positioned approximately 20 cm from the sample surface to activate the TiO 2 samples.

The TiO 2 samples underwent in situ XPS scanning in eight consecutive phases under successively altered ambient conditions, as detailed in (Fig. 4), which were designed based on the commonly accepted photo-activation and chemical reaction mechanisms of TiO 2 in the presence of UV irradiation, water vapor, and oxygen, as summarized in (Table 2). As control, the TiO 2 sample was first scanned under vacuum in a dark environment (phase 1, (Fig. 4). This scan was conducted as a survey scan covering the range of 0–600 eV with a step of 0.2 eV; all other scans were performed at higher resolution of elements Au, Ti, C, and O, with a step of 0.1 eV. The scan during phase 2 was performed in the presence of UV light to activate TiO 2 (phase 2, Fig. 4), forming electrons and holes (Table 2). The effects of water moisture on the activated TiO 2 surface were captured during phase 3 (Fig. 4), where 200 mTorr of water (approximately 1% RH at 22 °C, or 0.0108 mole/m 3 ) was pumped into the chamber for 75 min. This was followed by the addition of 800 mTorr of oxygen (approximately 0.0434 mole/m 3 ) during phase 4 (Fig. 4), making up a total of 1 Torr of gas in the study chamber. Soon after the UV light was turned off, the TiO 2 powder on the Au substrate was scanned to examine the immediate effects (phase 5, Fig. 4). After both the water vapor and oxygen supply were terminated in the dark for ~50 min, a scan was conducted to evaluate the changes in the TiO 2 powder under vacuum and in a dark environment (phase 6, Fig. 4). Phase 7 allowed the powder sample to rest under a dark, vacuum environment for 10.5 hours (phase 7, Fig. 4) to observe the changes in various oxidants generated from the previously activated TiO 2 . The entire experimental course was completed by resuming the UV light irradiation in the system (phase 8, Fig. 4) to compare with the results of scan 2, showing activated TiO 2 prior to successive changes in the chamber ambience.

Image

Visas dydis

The Ti 2p, O 1s and C 1s spectra were processed with CasaXPS software (Casa Software Ltd., UK) employing a Shirley background correction. The sample spectra were corrected for charging effects using the Au 4f 7/2 peak at 83.8 eV, which was consistent and stable through all changes in the scanning chamber. Individual peak areas were also normalized by the corresponding reference (Au) peak area during the same phase to account for the inherent influence during individual study phases. Consistent with the previously reported system error (0.1–0.2 eV) of the in situ near ambient pressure XPS system, an error of 0.15 eV in this study was determined based on the maximum variation in the difference of the binding energy between the lattice oxygen and the Ti 2p peak from one experimental phase to another. Peak deconvolution was performed using the CasaXPS software, fitting multiple Gaussian-Lorentzian components in the ratio of 85:15. The full width at half maximum (FWHM) for all peaks obtained under an incident photon energy of 650 eV was constrained with a variation of 0.1 eV. The procedure and rationale of peak fitting for the spectra in detail is available in the supplementary materials.

Papildoma informacija

How to cite this article: Krishnan, P. et al . Characterization of photocatalytic TiO 2 powder under varied environments using near ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy. Mokslas. Rep. 7, 43298; doi: 10.1038/srep43298 (2017).

Leidėjo pastaba: „ Springer Nature“ išlieka neutralus paskelbtų žemėlapių jurisdikcijos reikalavimų ir institucinių ryšių atžvilgiu.

Nuorodos

  1. 1.

    Coronado, JM et al. EPR study of the surface characteristics of nanostructured TiO2 under UV irradiation. Langmuir 17, 5368–5374 (2001).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  2. 2.

    Papageorgiou, AC et al. Electron traps and their effect on the surface chemistry of TiO2 (110). Proceedings of the National Academy of Sciences 107, 2391–2396 (2010).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  3. 3.

    Henderson, MA A surface science perspective on photocatalysis. Surface Science Reports 66, 185–297 (2011).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  4. 4.

    Stefanov, P. et al. XPS characterization of TiO2 layers deposited on quartz plates. Journal of Physics: Conference Series 100, 012039 (2008).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  5. 5.

    Ketteler, G. et al. The nature of water nucleation sites on TiO2 (110) surfaces revealed by ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry C 111, 8278–8282 (2007).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  6. 6.

    Bundaleski, N., Silva, A., Schröder, U., Moutinho, A. & Teodoro, O. Adsorption dynamics of water on the surface of TiO2 (110). Journal of Physics: Conference Series . 257, 012008 (2010).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  7. 7

    Simonsen, ME, Li, Z. & Søgaard, EG Influence of the OH groups on the photocatalytic activity and photoinduced hydrophilicity of microwave assisted sol–gel TiO2 film. Applied Surface Science 255, 8054–8062 (2009).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  8. 8.

    Biesinger, MC, Lau, LW, Gerson, AR & Smart, RSC Resolving surface chemical states in XPS analysis of first row transition metals, oxides and hydroxides: Sc, Ti, V, Cu and Zn. Applied Surface Science 257, 887–898 (2010).

      • CAS
      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  9. 9.

    Wang, Y. et al. Role of point defects on the reactivity of reconstructed anatase titanium dioxide (001) surface. Nature communications 4, 2214, 10.1038/ncomms3214 (2013).

      • PubMed
      • „Google Scholar“
  10. 10.

    Bluhm, H. et al. Methanol oxidation on a copper catalyst investigated using in situ X-ray photoelectron spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry B 108, 14340–14347 (2004).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  11. 11.

    Kumar, D., Chen, M. & Goodman, D. Characterization of ultra-thin TiO 2 films grown on Mo (112). Thin Solid Films 515, 1475–1479 (2006).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  12. 12.

    Pouilleau, J., Devilliers, D., Groult, H. & Marcus, P. Surface study of a titanium-based ceramic electrode material by X-ray photoelectron spectroscopy. Journal of materials science 32, 5645–5651 (1997).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  13. 13.

    Leshuk, T. et al. Photocatalytic activity of hydrogenated TiO2. ACS applied materials & interfaces 5, 1892–1895 (2013).

      • PubMed
      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  14. 14

    Jribi, R. et al. Ultraviolet irradiation suppresses adhesion on TiO2. The Journal of Physical Chemistry C 113, 8273–8277 (2009).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  15. 15.

    Walle, L., Borg, A., Uvdal, P. & Sandell, A. Experimental evidence for mixed dissociative and molecular adsorption of water on a rutile TiO 2 (110) surface without oxygen vacancies. Physical Review B 80, 235436 (2009).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  16. 16.

    Perron, H. et al. Combined investigation of water sorption on TiO 2 rutile (110) single crystal face: XPS vs. periodic DFT. Surface Science 601, 518–527 (2007).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  17. 17.

    Yu, J., Zhao, X. & Zhao, Q. Effect of surface structure on photocatalytic activity of TiO 2 thin films prepared by sol-gel method. Thin solid films 379, 7–14 (2000).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  18. 18.

    Iwabuchi, A., Choo, C.-k. & Tanaka, K. Titania nanoparticles prepared with pulsed laser ablation of rutile single crystals in water. The Journal of Physical Chemistry B 108, 10863–10871 (2004).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  19. 19.

    Fusi, M. et al. Surface electronic and structural properties of nanostructured titanium oxide grown by pulsed laser deposition. Surface Science 605, 333–340 (2011).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  20. 20.

    Rosseler, O. et al. Chemistry of NO x on TiO2 Surfaces Studied by Ambient Pressure XPS: Products, Effect of UV Irradiation, Water, and Coadsorbed K+. The journal of physical chemistry letters 4, 536–541 (2013).

      • PubMed
      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  21. 21.

    Lampimäki, M. et al. Exploring the Environmental Photochemistry on the TiO2 (110) Surface in Situ by Near Ambient Pressure X-ray Photoelectron Spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry C 119, 7076–7085 (2015).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  22. 22.

    Tan, X., Fan, Q., Wang, X. & Grambow, B. Eu (III) sorption to TiO2 (anatase and rutile): batch, XPS, and EXAFS studies. Environmental science & technology 43, 3115–3121 (2009).

      • PubMed
      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  23. 23

    Salmeron, M. & Schlögl, R. Ambient pressure photoelectron spectroscopy: A new tool for surface science and nanotechnology. Surface Science Reports 63, 169–199 (2008).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  24. 24

    Jackman, MJ, Thomas, AG & Muryn, C. Photoelectron spectroscopy study of stoichiometric and reduced anatase TiO2 (101) surfaces: the effect of subsurface defects on water adsorption at near-ambient pressures. The Journal of Physical Chemistry C 119, 13682–13690 (2015).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  25. 25

    Fujishima, A., Zhang, X. & Tryk, DA TiO 2 photocatalysis and related surface phenomena. Surface Science Reports 63, 515–582 (2008).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  26. 26

    Starr, D., Liu, Z., Hävecker, M., Knop-Gericke, A. & Bluhm, H. Kietųjų / garų sąsajų tyrimas naudojant aplinkos slėgio rentgeno fotoelektroninę spektroskopiją. Cheminės visuomenės apžvalgos 42, 5833–5857 (2013).

      • PubMed
      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  27. 27

    Pang, CL, Lindsay, R. & Thornton, G. Švarių ir adsorbuotų dengtų vieno krištolo rutilo TiO2 paviršių struktūra. Cheminės apžvalgos 113, 3887–3948 (2013).

      • PubMed
      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  28. 28.

    Hendersonas, MA, Shen, M., Wang, Z.-T. & Lyubinetsky, I. Aktyviųjų paviršiaus rūšių, atsakingų už ultravioletinių spindulių sukeliamą O2 desorbciją nuo rutilo TiO2 (110) paviršiaus, apibūdinimas. Fizinės chemijos žurnalas C 117, 5774–5784 (2013).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  29. 29

    Hermanas, GS, Dohnalekas, Z., Ruzycki, N. & Diebold, U. Eksperimentinis vandens ir metanolio sąveikos su anatazės-TiO2 sąveika tyrimas (101). Fizinės chemijos žurnalas B 107, 2788–2795 (2003).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  30. 30.

    Chou, HL, Hwang, BJ ir Sun, CL katalizacija kuro elementuose ir vandenilio gamyba naujose ir būsimose katalizės raidose (Ed. Suib, SL) Ch.9, 217–270 (Newnes, 2013).

      • „Google Scholar“
  31. 31

    Tang, J., Durrant, JR & Klug, DR Fotokatalitinio vandens padalijimo TiO2 mechanizmas. Vandens reakcija su foto angomis, krūvio nešiklio dinamikos svarba ir keturių skylių chemijos įrodymai. Amerikos chemijos draugijos žurnalas, 130, 13885–13891 (2008).

      • PubMed
      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  32. 32.

    Liu, C., Jiang, Z., Tong, Z., Li, Y. ir Yang, D. Biomimetinė neorganinių nanokompozitų sintezė de novo sukurtu peptidu. RSC avansai 4, 434–441 (2014).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  33. 33.

    Hueso, J. et al. Artimos aplinkos rentgeno spinduliuotės spektroskopija ir kinetinis požiūris į anglies monoksido oksidacijos mechanizmą per lantaną pakeitusiais kobaltitais. Catalysis Communications 10, 1898–1902 (2009).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  34. 34.

    Ogletree, DF ir kt. Skirtingai pumpuojama elektrostatinė lęšių sistema fotoemisijos tyrimams milibaro diapazone. Mokslinių priemonių apžvalga 73, 3872–3877 (2002).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  35. 35.

    Zhang, Z. et al. Vanduo kaip katalizatorius: vaizdinės O2 reakcijos su iš dalies ir visiškai hidroksilintais TiO2 (110) paviršiais. Fizinės chemijos žurnalas C 113, 1908–1916 (2009).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  36. 36.

    Hwang, S., Lee, MC ir Choi, W. Labai sustiprinta fotokatalitinė CO oksidacija titane, nusodintame su Pt nanodalelėmis: kinetika ir mechanizmas. Taikomoji katalizė B: Environmental 46, 49–63 (2003).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  37. 37.

    Nosaka, AY, Fujiwara, T., Yagi, H., Akutsu, H. ir Nosaka, Y. Vandens, adsorbuoto TiO2 fotokatalitinėse sistemose, didėjančioje temperatūroje, charakteristikos, tiriamos kietojo kūno 1H BMR spektroskopija. Fizinės chemijos žurnalas B 108, 9121–9125 (2004).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  38. 38.

    Maness, PC et al. Fotokatalitinės TiO2 reakcijos baktericidinis aktyvumas: jos žudymo mechanizmo supratimas. Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija 65, 4094–4098 (1999).

      • PubMed
      • „Google Scholar“
  39. 39.

    Grass, ME ir kt. Naujas aplinkos oro slėgio fotoemulsijos išmetimas ties patobulinto šviesos šaltinio pluošto linija 9.3. 2. Mokslinių priemonių apžvalga 81, 053106 (2010).

      • PubMed
      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  40. 40.

    Hoffmannas, MR, Martinas, ST, Choi, W. ir Bahnemann, DW Puslaidininkių fotokatalizės aplinkos pritaikymas. Cheminių medžiagų apžvalgos 95, 69–96 (1995).

      • CAS
      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  41. 41.

    Dutta, PK, Pehkonen, S., Sharma, VK & Ray, AK Fotokatalitinė arseno (III) oksidacija: hidroksilo radikalų įrodymai. Aplinkos mokslas ir technologijos 39, 1827–1834 (2005).

      • PubMed
      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  42. 42.

    Houas, A. ir kt. Fotokatalitinis metileno mėlynojo skilimo kelias vandenyje. Taikomoji katalizė B: Environmental 31, 145–157 (2001).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  43. 43.

    Turchi, CS & Ollis, DF Fotokatalitinis organinių vandens teršalų skaidymas: hidroksilo radikalų užpuolimo mechanizmai. Journal of catalysis 122, 178–192 (1990).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  44. 44.

    Buxton, GV, Greenstock, CL, Helman, WP & Ross, AB. Kritinė hidratuotų elektronų, vandenilio atomų ir hidroksilo radikalų reakcijų greičio konstantų apžvalga (⋅ OH / ⋅ O– vandeniniame tirpale. Fizinių ir cheminių etaloninių duomenų žurnalas 17)., 513–886 (1988).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  45. 45.

    Lundström, T., Christensen, H. & Sehested, K. Vandenilio atomų reakcija su vandenilio peroksidu kaip temperatūros funkcija. Spinduliuotės fizika ir chemija, 61, 109–113 (2001).

      • Straipsnis
      • „Google Scholar“
  46. 46.

    Deng, Y. Fizikinis ir cheminis organinių teršalų pašalinimas komunalinių sąvartynų filtrate. sąvartynų tyrimų centre (redaktorius Lehmann, EC) Ch. 1, 5–26 („Nova“, 2007).

      • „Google Scholar“

Atsisiųskite nuorodas

Padėkos

Autoriai dėkoja dr. Ze-Liang Yuan ir prof. HC Zengui iš Singapūro nacionalinio universiteto Cheminės ir biomolekulinės inžinerijos katedros už naudingą diskusiją. Šiuos tyrimus pagal „Singapore-Berkeley“ pastatų efektyvumo ir tvarumo tropikuose programą („SinBerBEST“) remia Nacionalinis tyrimų fondas, Ministro Pirmininko biuras, Singapūras pagal savo programą „Tyrimų kompetencijos ir technologinių įmonių universitetas“ (CREATE). Pažangųjį šviesos šaltinį palaiko JAV energetikos departamento Pagrindinių energetikos mokslų skyriaus Medžiagų mokslų skyriaus Mokslo tarnybos direktorius pagal sutartį Nr. DE-AC02-05CH11231, Lawrence Berkeley nacionalinėje laboratorijoje ir Kalifornijos universitete, Berkeley.

Papildoma informacija

PDF failai

  1. 1.

    Papildoma informacija

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.