Способности диоксида титана поглощать видимый свет

Исследовательская группа из Китайской академии наук значительно улучшила поглощение видимого света в Ce/TiO2 путем добавления церия в решетку TiO2, что привело к высокой плотности фототока и лучшей эффективности разделения фотогенерированных электронов и дырок. В этом исследовании представлена практическая стратегия разработки эффективных фотокатализаторов, активированных видимым светом, легированных редкоземельными элементами.

Поглощение видимого света диоксидом титана за счет синхронного легирования церием в анатазе

Введение редкоземельных элементов в TiO 2 может эффективно улучшить электронно-дырочное разделение TiO 2 и продлить реакцию TiO 2 на видимый свет.

Церий (Ce) демонстрирует состояния переменной валентности Ce 3+ /Ce 4+ с различной электронной структурой (4f 1 5d 0 и 4f 0 5d 0 соответственно) среди редкоземельных элементов, которые легко образуют кислородные вакансии. Элемент Ce с уникальной электронной структурой можно использовать для модификации полупроводниковых фотокатализаторов с целью улучшения их фотокаталитических характеристик.

В исследовании, опубликованном в журнале Molecule, исследовательская группа под руководством профессора LU Canzhong из Фуцзяньского института исследований структуры вещества Китайской академии наук сообщила о поглощении видимого света Ce/TiO 2.

Исследователи достигли одновременного легирования церия в решетке TiO 2, используя простой золь-гель метод, который достиг синхронного легирования церием в решетке TiO 2. Они наблюдали морфологию и структуру образцов чистого TiO 2, TiO 2 с примесью Ce (Ce/TiO 2) и образцов TiO 2 с примесью CeO 2 (CeO 2 -TiO 2) с помощью рентгеновской дифракции (XRD), сканирующей электронной микроскопии. (СЭМ) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Они обнаружили, что легирование Се в решетке анатаза TiO 2 привело к уменьшению размера зерна образца.

Плотность фототока

• Кроме того, исследователи выявили высокую плотность фототока (10,9 мкА×см -2) Ce/TiO 2 с помощью теста вольтамперометрии с линейной разверткой (LSV), что в 2,5 раза больше, чем у обычного материала TiO 2 (4,3 мкА×см -2). Они оценили диапазон поглощения света Ce/TiO 2, используя тест фото-токовой эффективности (IPCE). Ce/TiO 2 демонстрирует поглощение видимого света до 500 нм, в то время как чистый TiO 2 не показывает явного отклика в видимой области.
• Кроме того, исследователи обнаружили, что центры захвата электронов, образованные легированием церия в решетку TiO 2, улучшили эффективность разделения фотогенерированных электронов и дырок. Узкая ширина запрещенной зоны TiO 2, легированного церием, показала превосходное поглощение видимого света и реакцию на фототок. Благодаря легированию церием образцы Ce/TiO 2 достигли высокой плотности фототока и эффективности тока падающих фотонов (IPCE).
• Это исследование обеспечивает практическую стратегию и важный ориентир для подготовки и понимания высокоэффективных фотокатализаторов, активированных видимым светом, легированных редкоземельными элементами.

Источник

Метки: Катализаторы