锐钛矿(001)与(101)晶面在光催化反应中的作用

王翔 李仁贵 徐倩 韩洪宪 李灿

引用本文: 王翔, 李仁贵, 徐倩, 韩洪宪, 李灿. 锐钛矿(001)与(101)晶面在光催化反应中的作用[J]. 物理化学学报, 2013, 29(07): 1566-1571. doi: 10.3866/PKU.WHXB201304284 shu
Citation:  WANG Xiang, LI Ren-Gui, XU Qian, HAN Hong-Xian, LI Can. Roles of (001) and (101) Facets of Anatase TiO2 in Photocatalytic Reactions[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(07): 1566-1571. doi: 10.3866/PKU.WHXB201304284 shu

锐钛矿(001)与(101)晶面在光催化反应中的作用

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21090341, 21061140361)资助项目 (21090341, 21061140361)

摘要:

采用水热法制备了(001)和(101)晶面暴露的单晶锐钛矿TiO2颗粒. 利用光还原沉积贵金属(Au, Ag, Pt)和光氧化沉积金属氧化物(PbO2, MnOx)的方法研究了暴露的锐钛矿(001)和(101)晶面在光催化中的作用. 通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(STM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)和X射线光电子能谱(XPS)的表征, 发现发生光还原反应生成的贵金属粒子主要沉积在暴露的锐钛矿(101)晶面上, 而发生光氧化反应产生的金属氧化物颗粒主要沉积在暴露的锐钛矿(001)晶面上. 此结果表明光激发产生的电子与空穴主要并分别分布在单晶锐钛矿TiO2的(101)与(001)晶面上, 并在其上参与光催化还原反应和氧化反应. 同时也表明暴露的不同晶面对光生电荷具有分离效应. 基于本研究可以认为同时暴露分别进行氧化和还原反应的晶面可以有效促进光催化反应.

English

    1. [1]

      (1) Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37. doi: 10.1038/238037a0

      (1) Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37. doi: 10.1038/238037a0

    2. [2]

      (2) Liu, G.; Zhao, Y.; Sun, C.; Li, F.; Lu, G. Q.; Cheng, H. M.Angew. Chem. Int. Edit. 2008, 47, 5277.(2) Liu, G.; Zhao, Y.; Sun, C.; Li, F.; Lu, G. Q.; Cheng, H. M.Angew. Chem. Int. Edit. 2008, 47, 5277.

    3. [3]

      (3) Zhang, J.; Xu, Q.; Feng, Z.; Li, M.; Li, C. Angew. Chem. Int. Edit. 2008, 47, 1766.(3) Zhang, J.; Xu, Q.; Feng, Z.; Li, M.; Li, C. Angew. Chem. Int. Edit. 2008, 47, 1766.

    4. [4]

      (4) Dholam, R.; Patel, N.; Miotello, A. Int. J. Hydrog. Energy 2011,36, 6519. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.03.028(4) Dholam, R.; Patel, N.; Miotello, A. Int. J. Hydrog. Energy 2011,36, 6519. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.03.028

    5. [5]

      (5) Liu, F. S.;Wang, S.; Liu, L. L.; Du, H. Renewable and Sustainable Energy II, Pts 1-4; Trans. Tech. Publications Ltd.:Switzerland, 2012; Vol. 512-515, pp 1677-1682.(5) Liu, F. S.;Wang, S.; Liu, L. L.; Du, H. Renewable and Sustainable Energy II, Pts 1-4; Trans. Tech. Publications Ltd.:Switzerland, 2012; Vol. 512-515, pp 1677-1682.

    6. [6]

      (6) Paracchino, A.; Laporte, V.; Sivula, K.; Gratzel, M.; Thimsen, E.Nat. Mater. 2011, 10, 456. doi: 10.1038/nmat3017(6) Paracchino, A.; Laporte, V.; Sivula, K.; Gratzel, M.; Thimsen, E.Nat. Mater. 2011, 10, 456. doi: 10.1038/nmat3017

    7. [7]

      (7) Higashimoto, S.; Ushiroda, Y.; Azuma, M. Top. Catal. 2008, 47,148. doi: 10.1007/s11244-007-9026-3(7) Higashimoto, S.; Ushiroda, Y.; Azuma, M. Top. Catal. 2008, 47,148. doi: 10.1007/s11244-007-9026-3

    8. [8]

      (8) Chen, X. B.; Liu, L.; Yu, P. Y.; Mao, S. S. Science 2011, 331,746. doi: 10.1126/science.1200448(8) Chen, X. B.; Liu, L.; Yu, P. Y.; Mao, S. S. Science 2011, 331,746. doi: 10.1126/science.1200448

    9. [9]

      (9) Akurati, K. K.; Vital, A.; Dellemann, J. P.; Michalow, K.;Graule, T.; Fetti, D.; Baiker, A. Appl. Catal. B-Environ. 2008,79, 53. doi: 10.1016/j.apcatb.2007.09.036(9) Akurati, K. K.; Vital, A.; Dellemann, J. P.; Michalow, K.;Graule, T.; Fetti, D.; Baiker, A. Appl. Catal. B-Environ. 2008,79, 53. doi: 10.1016/j.apcatb.2007.09.036

    10. [10]

      (10) Zhang, X. Y.; Cui, X. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 1829.[张晓艳, 崔晓莉. 物理化学学报, 2009, 25, 1829.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090905(10) Zhang, X. Y.; Cui, X. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 1829.[张晓艳, 崔晓莉. 物理化学学报, 2009, 25, 1829.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090905

    11. [11]

      (11) Kudo, A.; Miseki, Y. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 253. doi: 10.1039/b800489g(11) Kudo, A.; Miseki, Y. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 253. doi: 10.1039/b800489g

    12. [12]

      (12) Wang, X.; Xu, Q.; Li, M. R.; Shen, S.;Wang, X. L.;Wang, Y.C.; Feng, Z. C.; Shi, J. Y.; Han, H. X.; Li, C. Angew. Chem. Int. Edit. 2012, 51, 13089. doi: 10.1002/anie.v51.52(12) Wang, X.; Xu, Q.; Li, M. R.; Shen, S.;Wang, X. L.;Wang, Y.C.; Feng, Z. C.; Shi, J. Y.; Han, H. X.; Li, C. Angew. Chem. Int. Edit. 2012, 51, 13089. doi: 10.1002/anie.v51.52

    13. [13]

      (13) Giocondi, J. L.; Rohrer, G. S. J. Am. Ceram. Soc. 2003, 86,1182. doi: 10.1111/jace.2003.86.issue-7(13) Giocondi, J. L.; Rohrer, G. S. J. Am. Ceram. Soc. 2003, 86,1182. doi: 10.1111/jace.2003.86.issue-7

    14. [14]

      (14) Yang, H. G.; Sun, C. H.; Qiao, S. Z.; Zou, J.; Liu, G.; Smith, S.C.; Cheng, H. M.; Lu, G. Q. Nature 2008, 453, 638. doi: 10.1038/nature06964(14) Yang, H. G.; Sun, C. H.; Qiao, S. Z.; Zou, J.; Liu, G.; Smith, S.C.; Cheng, H. M.; Lu, G. Q. Nature 2008, 453, 638. doi: 10.1038/nature06964

    15. [15]

      (15) Liu, G.; Sun, C. H.; Yang, H. G.; Smith, S. C.;Wang, L. Z.; Lu,G. Q.; Cheng, H. M. Chem. Commun. 2010, 46, 755. doi: 10.1039/b919895d(15) Liu, G.; Sun, C. H.; Yang, H. G.; Smith, S. C.;Wang, L. Z.; Lu,G. Q.; Cheng, H. M. Chem. Commun. 2010, 46, 755. doi: 10.1039/b919895d

    16. [16]

      (16) Pan, J.; Liu, G.; Lu, G. M.; Cheng, H. M. Angew. Chem. Int. Edit. 2011, 50, 2133. doi: 10.1002/anie.v50.9(16) Pan, J.; Liu, G.; Lu, G. M.; Cheng, H. M. Angew. Chem. Int. Edit. 2011, 50, 2133. doi: 10.1002/anie.v50.9

    17. [17]

      (17) Liu, C.; Han, X. G.; Xie, S. F.; Kuang, Q.;Wang, X.; Jin, M. S.;Xie, Z. X.; Zheng, L. S. Chem. -Asian J. 2013, 8, 282. doi: 10.1002/asia.v8.1(17) Liu, C.; Han, X. G.; Xie, S. F.; Kuang, Q.;Wang, X.; Jin, M. S.;Xie, Z. X.; Zheng, L. S. Chem. -Asian J. 2013, 8, 282. doi: 10.1002/asia.v8.1

    18. [18]

      (18) Ohno, T.; Sarukawa, K.; Matsumura, M. New J. Chem. 2002,26, 1167. doi: 10.1039/b202140d(18) Ohno, T.; Sarukawa, K.; Matsumura, M. New J. Chem. 2002,26, 1167. doi: 10.1039/b202140d

    19. [19]

      (19) Taguchi, T.; Saito, Y.; Sarukawa, K.; Ohno, T.; Matsumura, M.New J. Chem. 2003, 27, 1304. doi: 10.1039/b304518h(19) Taguchi, T.; Saito, Y.; Sarukawa, K.; Ohno, T.; Matsumura, M.New J. Chem. 2003, 27, 1304. doi: 10.1039/b304518h

    20. [20]

      (20) Murakami, N.; Kurihara, Y.; Tsubota, T.; Ohno, T. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 3062. doi: 10.1021/jp809104t(20) Murakami, N.; Kurihara, Y.; Tsubota, T.; Ohno, T. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 3062. doi: 10.1021/jp809104t

    21. [21]

      (21) Farneth,W. E.; McLean, R. S.; Bolt, J. D.; Dokou, E.; Barteau,M. A. Langmuir 1999, 15, 8569. doi: 10.1021/la9908844(21) Farneth,W. E.; McLean, R. S.; Bolt, J. D.; Dokou, E.; Barteau,M. A. Langmuir 1999, 15, 8569. doi: 10.1021/la9908844

    22. [22]

      (22) Farneth,W. E.; Hotsenpiller, P. A. M.; Bolt, J. D.; Lowekamp, J.B.; Rohrer, G. S. Orientation Dependence of PhotochemicalReactions on TiO2 Thin Film Surfaces. In Abstracts of Papers of the American Chemical Society, University ofWashington,USA, Aug 23, 1998; Amercan Chemical Sociality:WashingtonDC, 1998; Vol. 216, U747-U747.(22) Farneth,W. E.; Hotsenpiller, P. A. M.; Bolt, J. D.; Lowekamp, J.B.; Rohrer, G. S. Orientation Dependence of PhotochemicalReactions on TiO2 Thin Film Surfaces. In Abstracts of Papers of the American Chemical Society, University ofWashington,USA, Aug 23, 1998; Amercan Chemical Sociality:WashingtonDC, 1998; Vol. 216, U747-U747.

    23. [23]

      (23) Li, R.; Zhang, F.;Wang, D.; Yang, J.; Li, M.; Zhu, J.; Zhou, X.;Han, H.; Li, C. Nat. Commun. 2013, 4, 1432. doi: 10.1038/ncomms2401(23) Li, R.; Zhang, F.;Wang, D.; Yang, J.; Li, M.; Zhu, J.; Zhou, X.;Han, H.; Li, C. Nat. Commun. 2013, 4, 1432. doi: 10.1038/ncomms2401

    24. [24]

      (24) Kato, H.; Asakura, K.; Kudo, A. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125,3082. doi: 10.1021/ja027751g(24) Kato, H.; Asakura, K.; Kudo, A. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125,3082. doi: 10.1021/ja027751g

    25. [25]

      (25) Oku, M.; Hirokawa, K.; Ikeda, S. J. Electron. Spectrosc. 1975,7, 465. doi: 10.1016/0368-2048(75)85010-9(25) Oku, M.; Hirokawa, K.; Ikeda, S. J. Electron. Spectrosc. 1975,7, 465. doi: 10.1016/0368-2048(75)85010-9

    26. [26]

      (26) Dicastro, V.; Polzonetti, G. J. Electron. Spectrosc. 1989, 48,117. doi: 10.1016/0368-2048(89)80009-X(26) Dicastro, V.; Polzonetti, G. J. Electron. Spectrosc. 1989, 48,117. doi: 10.1016/0368-2048(89)80009-X

    27. [27]

      (27) Foord, J. S.; Jackman, R. B.; Allen, G. C. Philos. Mag. A 1984,49, 657. doi: 10.1080/01418618408233293(27) Foord, J. S.; Jackman, R. B.; Allen, G. C. Philos. Mag. A 1984,49, 657. doi: 10.1080/01418618408233293

    28. [28]

      (28) Hengerer, R.; Kavan, L.; Krtil, P.; Grätzel, M. J. Electrochem. Soc. 2000, 147, 1467. doi: 10.1149/1.1393379

      (28) Hengerer, R.; Kavan, L.; Krtil, P.; Grätzel, M. J. Electrochem. Soc. 2000, 147, 1467. doi: 10.1149/1.1393379

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1527
  • 文章访问数:  1873
  • HTML全文浏览量:  67
文章相关
  • 发布日期:  2013-06-14
  • 收稿日期:  2013-04-03
  • 网络出版日期:  2013-04-28
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章