Fluorinated TiO2 Hollow Photocatalysts for Photocatalytic Applications

Jiabi Li Xi Wu Shengwei Liu

Citation:  Li Jiabi, Wu Xi, Liu Shengwei. Fluorinated TiO2 Hollow Photocatalysts for Photocatalytic Applications[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(6): 200903038-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202009038 shu

表面氟化TiO2空心光催化剂制备及其应用

    作者简介:

    Shengwei Liu received his Ph.D. in Materials Chemistry & Physics in 2009 from Wuhan University of Technology. Since 2015 he has been a full professor at the School of Environmental Science and Engineering in Sun Yat-sen University. His research interests focus on environmental catalysis, CO2 capture and conversion, indoor air purification;
    通讯作者: 刘升卫, liushw6@mail.sysu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 51872341

    国家自然科学基金(51572209, 51872341), 中央高校基本科研业务费(19lgzd29), 广东省“特支计划”科技创新青年拔尖人才项目(2019TQ05L196)及广东省科技计划项目(2020A0505100033)资助

    广东省科技计划项目 2020A0505100033

    国家自然科学基金 51572209

    广东省“特支计划”科技创新青年拔尖人才项目 2019TQ05L196

    中央高校基本科研业务费 19lgzd29

摘要: 空心结构和特定表面功能赋予球形组装体卓越的高性能与新特性,在催化、光催化、能量转换、存储以及生物医学等领域具有广阔的应用前景。以作者团队的研究结果为主,本综述概述了表面氟化TiO2多孔空心微球(F-TiO2 PHMs)的制备及其光催化应用进展。本文中,F-TiO2 PHMs的合成策略主要包括简化的两步模板法,以及基于氟诱导自转变机制(FMST)的无模板法。与两步模板法相比,FMST法中模板的形成、包覆与去除都在“黑箱”式的一步反应中完成,无需额外的认为处理步骤。FMST法制备F-TiO2 PHMs暗含四个基本步骤:成核、自组装、表面再结晶与自转变。通过控制FMST法的四个基本步骤,经过简单的水热处理可以成功制备高产量的F-TiO2 PHMs,同时F-TiO2 PHMs的多层次微观结构参数,如空腔、多级孔、一次纳米粒子的组成与结构等,均可以很好地裁剪调控。F-TiO2 PHMs在光催化应用中具有增强光吸收、促进传质、降低膜污染等结构优势。同时,F-TiO2 PHMs制备过程原位引入表面氟修饰,带来显著表面氟效应,不仅有利于反应物分子的吸附和活化,而且有利于光生电子和空穴的表面俘获和界面转移。并且,多孔空心结构对客体修饰,如离子掺杂、基团功能化和纳米粒子负载等,表现出更好的相容性和耐受性,可以进一步提高F-TiO2 PHMs的光催化性能。结合F-TiO2 PHMs的主客体协同修饰作用,可以同时增强光吸收范围与强度,降低电荷复合几率,促进传质与吸附,提高表面反应效率,因此整个光催化过程可以综合调控协同优化。综上所述,F-TiO2 PHMs具有丰富的组成/结构参数和优异的理化性质,结合空心结构、分等级多孔性、表面氟化等特征,以及主/客体协同修饰作用,实现一体化调控复杂的光催化过程,改善光催化性能,为光催化技术潜在应用发展提供保障。

English

    1. [1]

      孙尚聪, 张旭雅, 刘显龙, 潘伦, 张香文, 邹吉军.物理化学学报, 2020, 36, 1905007. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905007Sun, S. C.; Zhang, X. Y.; Liu, X. L., Pan, L., Zhang, X. W.; Zou, J. J. Acta Phys. -Chim. Sin.2020, 36, 1905007. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905007

    2. [2]

      潘金波, 申升, 周威, 唐杰, 丁洪志, 王进博, 陈浪, 区泽堂, 尹双凤.物理化学学报, 2020, 36, 1905068. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905068Pan, J. B.; Shen, S.; Zhou, W.; Tang, J.; Ding, H. Z.; Wang, J. B.; Chen, L.; Au, C. T.; Yin, S. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1905068. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905068

    3. [3]

      Chen, X.; Mao, S. S. Chem. Rev. 2007, 107, 2891. doi: 10.1021/cr0500535

    4. [4]

      Liu, G.; Wang, L. Z.; Yang, H. G.; Cheng, H. M.; Lu, G. Q. J. Mater. Chem. 2010, 20, 831. doi: 10.1039/B909930A

    5. [5]

      Hu, X. L.; Li, G. S.; Yu, J. C. Langmuir 2010, 26, 3031. doi: 10.1021/la902142b

    6. [6]

      Xu, Q. L.; Zhang, L. Y.; Cheng, B.; Fan, J. J.; Yu, J. G. Chem 2020, 6, 1543. doi: 10.1016/j.apsusc.2016.09.093

    7. [7]

      Meng, A. Y.; Zhang, L. Y.; Cheng, B.; Yu, J. G. ACS Appl. Mater. Inter. 2019, 11, 5581. doi: 10.1021/acsami.8b02552

    8. [8]

      Meng, A. Y.; Zhang, L. Y.; Cheng, B. Adv. Mater. 2019, 31, 1807660. doi: 10.1002/adma.201807660

    9. [9]

      Qi, K. Z.; Cheng, B.; Yu, J. G. Chin. J. Catal. 2017, 38, 1936. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62962-0

    10. [10]

      Li, X.; Xie, J.; Jiang, C. J.; Yu, J. G.; Zhang. P. Y. Front. Env. Sci. Eng. 2018, 12, 14. doi: 10.1007/s11783-018-1076-1

    11. [11]

      Fu, J. W.; Jiang, K. X.; Qiu, X. Q.; Yu, J. G.; Liu, M. Mater. Today 2020, 32, 222. doi: 10.1016/j.mattod.2019.06.009

    12. [12]

      Yu, J. C.; Yu, J. G.; Ho, W. K.; Jiang, Z. T.; Zhang, L. Z. Chem. Mater. 2002, 14, 3808. doi: 10.1002/chin.200247012

    13. [13]

      He, F.; Zhu, B. C.; Cheng, B.; Yu, J. G.; Ho, W. K.; Macyk, W. Appl. Catal. B: Environ. 2020, 272, 119006. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.119006

    14. [14]

      Shen, J.; Wang, R.; Liu, Q. Q.; Yang, X. F.; Tang, H.; Yang, J. Chin. J. Catal. 2019, 40, 380. doi: 10.1016/S1872-2067(18)63166-3

    15. [15]

      Huang, G. C.; Liu, X. Y.; Shi, S. R.; Li, S. T.; Xiao, Z. T.; Zhen, W. Q.; Liu, S. W.; Wong, P. K. Chin. J. Catal. 2020, 41, 50. doi: 10.1016/S1872-2067(19)63424-8

    16. [16]

      Wang, W. K.; Xu, D. F.; Cheng, B.; Yu, J. G.; Jiang, C. J. J. Mater. Chem. A 2017, 5 5020. doi: 10.1039/c6ta11121a

    17. [17]

      Yu, J. G.; Liu, S. W.; Yu, H. G.J. Catal. 2007, 249, 59. doi: 10.1016/j.jcat.2007.03.032

    18. [18]

      Li, X.; Yu, J. G.; Jaroniec, M. Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 2603. doi: 10.1039/C5CS00838G

    19. [19]

      Duan, Y. Y.; Liang, L.; Lv, K. L.; Li, Q.; Li, M. Appl. Surf. Sci. 2018, 456, 817. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.06.128

    20. [20]

      Hu, Z.; Yang, C.; Lv, K. L.; Li, X. F.; Li, Q.; Fan, J. J. Chem Comm. 2020, 56, 1745. doi: 10.1039/C9CC08578E

    21. [21]

      Xia, Y.; Li, Q.; Lv, K. L.; Li, M. Appl. Surf. Sci. 2017, 398, 81. doi: 10.1016/j.apsusc.2016.12.006

    22. [22]

      Li, Q.; Xia, Y.; Yang, C.; Lv, K. L.; Lei, M.; Li, M. Chem. Eng. J. 2018, 349, 287. doi: 10.1016/j.cej.2018.05.094

    23. [23]

      章家伟, 王晟, 刘福生, 付小杰, 马国权, 侯美顺, 唐卓.物理化学学报, 2019, 35, 885. doi: 10.3866/PKU.WHXB20181202Zhang, J. W.; Wang, S.; Liu, F. S.; Fu, X. J.; Ma, G. Q.; Hou, M. S.; Tang, Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2019, 35, 885. doi: 10.3866/PKU.WHXB20181202

    24. [24]

      Liu, Y.; Xiao, Z. Z.; Cao, S.; Li, J. H.; Piao, L. Y. Chin. J. Catal. 2020, 41, 219. doi: 10.1016/S1872-2067(19)63477-7

    25. [25]

      Zhu, Y. G.; Zhang, Z. Y.; Lu, N. Hua, R. N.; Dong, B. Chin. J. Catal. 2019, 40, 413. doi: 10.1016/S1872-2067(18)63182-1

    26. [26]

      Wang, J. Y.; Liu, B. S.; Nakata, K. Chin. J. Catal. 2019, 40, 403. doi: 10.1016/S1872-2067(18)63174-2

    27. [27]

      Lou, X. W.; Archer, L. A.; Yang, Z. C. Adv. Mater. 2008, 20, 3987. doi: 10.1002/adma.200800854

    28. [28]

      Zhang, Q.; Wang, W. S.; Goebl, J.; Yin, Y. D. Nano Today 2009, 4 494. doi: 10.1016/j.nantod.2009.10.008

    29. [29]

      Yu, L.; Yu, X. Y.; Lou, X. W. Adv. Mater. 2018, 30, 1800939. doi: 10.1002/adma.201800939

    30. [30]

      Zhang, P.; Lou, X. W. Adv. Mater. 2018, 31, 1900281. doi: 10.1002/adma.201900281

    31. [31]

      Wang, S. B.; Wang, Y.; Zang, S. Q.; Lou, X. W. Small Methods 2019, 4, 1900586. doi: 10.1002/smtd.201900586

    32. [32]

      Xiao, M.; Wang, Z. L.; Lyu, M. Q.; Luo, B.; Wang, S. C.; Liu, G.; Cheng, H. M.; Wang, L. Z. Adv. Mater. 2019, 31, 1801369. doi: 10.1002/adma.201801369

    33. [33]

      Yu, J. G.; Guo, H. T.; Davis, S. A.; Mann, S. Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 2035. doi: 10.1002/adfm.200600552

    34. [34]

      Liu, S. W.; Yu, J. G.; Cheng, B.; Jaroniec, M. Adv. Colloid Interface Sci. 2012, 173, 35. doi: 10.1016/j.cis.2012.02.004

    35. [35]

      Liu, S. W.; Yu, J. G.; Mann, S. Nanotechnology 2009, 20, 325606. doi: 10.1088/0957-4484/20/32/325606

    36. [36]

      Yang, H. G.; Zeng, H. C. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 3492. doi: 10.1021/jp0377782

    37. [37]

      Zhou, J. K.; Lv, L.; Yu, J. Q.; Li, H. L.; Guo, P. Z.; Sun, H.; Zhao, X. S. J. Phys. Chem. C. 2008, 112, 5316. doi: 10.1021/jp709615x

    38. [38]

      Yu, J. G.; Liu, W.; Yu, H. G. Cryst. Growth Des. 2008, 8, 930. doi: 10.1021/cg700794y

    39. [39]

      Yu, H. G.; Yu, J. G.; Cheng, B.; Liu, S. W. Nanotechnology 2007, 18. doi: 10.1088/0957-4484/18/6/065604

    40. [40]

      Li, X. F.; Wu, X. F.; Liu, S. W.; Li, Y. H.; Fan, J. J.; Lv, K. L.; Chin. J. Catal. 2020, 41, 1451. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63594-X

    41. [41]

      Chen, L. Q.; Tian, L. J. J.; Xie, J. Y.; Zhang, C. J.; Chen, J. N.; Wang, Y.; Li, Q.; Lv, K. L.; Deng, K. J. Appl. Surf. Sci. 2020, 504, 144353. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.144353

    42. [42]

      Lv, K. L.; Cheng, B.; Yu, J. G.; Liu, G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 5349. doi: 10.1039/C2CP23461K

    43. [43]

      Titirici, M. M.; Antonietti, M.; Thomas, A. A. Chem. Mater. 2006, 18, 3808. doi: 10.1021/cm052768u

    44. [44]

      Yu, J. G.; Wang, G. H. J. Phys. Chem. Solids. 2008, 69, 1147. doi: 10.1016/j.jpcs.2007.09.024

    45. [45]

      Guan, J. G.; Mou, F. Z.; Sun, Z. G.; Shi, W. D. Chem. Commun. 2010, 46, 6605. doi: 10.1039/C0CC01044H

    46. [46]

      Liu, S.W.; Yu, J. G. Chapter 10: Effect of F-Doping on the Photocatalytic Activity and Microstructures of Nanocrystalline TiO2 Powders. In Nanostructured Photocatalysts; Yamashita, H., Li, H. X., Eds.; Publisher: Springer International Publishing, Switzerland, 2016; pp. 187–200. doi: 0.1007/978-3-319-26079-2

    47. [47]

      Zeng, H. C. J. Mater. Chem. 2006, 16, 649. doi: 10.1039/b511296f

    48. [48]

      Liu, B.; Zeng, H. C. Small 2005, 1, 566. doi: 10.1002/smll.200500020

    49. [49]

      Liu, S. W.; Yu, J. G.; Jaroniec, M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11914. doi: 10.1021/ja105283s

    50. [50]

      Liu, Ye.; Xiao, Z. Z.; Cao, S., Li, J. H. Piao, L. Y. Chin. J. Catal. 2020, 41, 291. doi: 10.1016/S1872-2067(19)63477-7

    51. [51]

      弓程, 向思弯, 张泽阳, 孙岚, 叶陈清, 林昌健.物理化学学报, 2019, 35, 616. doi: 10.3866/PKU.WHXB201805082Gong, C.; Xiang, S. W.; Zhang, Z. Y.; Sun, L.; Ye, C. Q.; Lin, C. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2019, 35, 616. doi: 10.3866/PKU.WHXB201805082

    52. [52]

      Liu, S. W.; Huang, G. C.; Yu, J. G.; Ng, T. W.; Yip, H. Y.; Wong, P. K. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 2407. doi: 10.1021/am4047975

    53. [53]

      Liu, S. W.; Xia, J. Q.; Yu, J. G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 8166. doi: 10.1021/acsami.5b00982

    54. [54]

      Liu, S. W.; Yu, J. G.; Wang, W. G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 12308. doi: 10.1039/C0CP00036A

    55. [55]

      Liu, S. W.; Yu, J. G.; Mann, S. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 10712. doi: 10.1021/jp902449b

    56. [56]

      Yu, J. G.; Liu, S. W.; Zhou, M. H. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 2050. doi: 10.1021/jp0770007

    57. [57]

      Xiang, Q. J.; Yu, J. G.; Cheng, B.; Ong, H. C. Chem.-Asian J. 2010, 5, 1466. doi: 10.1002/asia.200900695

    58. [58]

      Li, H. X.; Bian Z. F.; Zhu, J.; Zhang, D. Q.; Li, G. S.; Huo, Y. N.; Li, H.; Lu, Y. F. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8406. doi: 10.1021/ja072191c

    59. [59]

      Liu, X. Y.; Ye, M.; Zhang, S. P.; Huang, G. C.; Li, C. H.; Yu, J. G.; Wong, P. K.; Liu, S. W. J. Mater. Chem. A 2018, 6, 24245. doi: 10.1039/C8TA09661A

    60. [60]

      Pan, J. H.; Zhang, X. W.; Du, A. J.; Sun, D. D.; Leckie, J. O. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11256. doi: 10.1021/ja803582m

    61. [61]

      Wang, Q.; Chen, C. C.; Zhao, D.; Ma, W. H.; Zhao, J. C. Langmuir 2008, 24, 7338. doi: 10.1021/la800313s

    62. [62]

      Liu, S. W.; Yin, K.; Ren, W. S.; Cheng, B.; Yu, J. G. J. Mater. Chem. 2012, 22, 17759. doi: 10.1039/c2jm33337f

    63. [63]

      Kim, J. W.; Monllor-Satoca, D.; Choi, W. Y. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7647. doi: 10.1039/C2EE21310A

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  24
  • HTML全文浏览量:  2
文章相关
  • 发布日期:  2021-06-15
  • 收稿日期:  2020-09-10
  • 接受日期:  2020-10-13
  • 修回日期:  2020-09-29
  • 网络出版日期:  2020-10-19
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