[論文レビュー] Formic Acid Decomposition Using Synthesized Ag/TiO2 Nanocomposite in Ethanol-Water Media Under Illumination of Near UV Light

Ehsan Pipelzadeh, Maryam Derakhshan+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 22, 2018

TiO2 Photocatalysis and Solar Cells被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、近紫外光（365 nm）を用いたエタノール-水媒体で合成されたAg/TiO2ナノコンpositesを、光触媒的ホルム酸分解反応に応用した。エタノールは正孔 scavenger として機能し、Ag+の還元を促進する。最適な性能は、0.05 wt.%のAg含有量で300°Cに焼成した条件下で達成され、初期分解速度が最も高く、商業的P25 TiO2を上回る優れた活性を示した。

ABSTRACT

The effect of ethanol-water media on the synthesis of Ag/TiO2 nanocomposite was investigated with 0.05, 0.1 and 0.5 (wt.%) of Ag content. Ethanol was used as hole-scavenger enhancing the photodecomposition of Ag+ ions under illumination of near-UV light. The nanocomposites were further calcined to 33C and 400C under controlled atmosphere. The synthesized nanocomposites were tested for photocatalytic efficiency decomposing formic acid as an organic pollutant under irradiation of a 4W near UV lamp with lmax at 365nm and the results were compared with that of nan-modified commercially available Degussa TiO2 (P25). The synthesized nanocomposites were characterized using XRD and SEM micrographs. The photocatalytic studies have revealed a constant overall performance for all synthesized nanocomposites. The initial rate of decomposition was observed to increase with decreasing Ag content, in the case of 0.05 wt.% having the best initial rate. Calcination of the nanocomposites was found to have activating properties on the synthesized nanocomposites where nanocomposite with 0.05 (wt.%) Ag content calcined at 300°C was distinctively advantageous over other calcined nanocomposites.

研究の動機と目的

• 有機汚染物質の分解に適した低コストで効率的な光触媒の開発を目的とする。
• エタノール-水媒体がAg/TiO2の合成および光触媒的性能に与える影響を調査すること。
• 光触媒活性を向上させるための銀ドーピング濃度と焼成温度の最適化を行うこと。
• 同一条件下で合成したAg/TiO2と商業的Degussa P25 TiO2の性能を比較すること。

提案手法

• 銀含有量を変化させた（0.05、0.1、0.5 wt.%）エタノール-水媒体を用いたAg/TiO2ナノコンポジットの合成。
• 4Wの近紫外ランプ（λmax = 365 nm）を用いてAg+イオンの光分解反応を駆動。
• 結晶性および安定性を向上させるために、制御された雰囲気下で300°Cおよび400°Cで焼成処理。
• XRDおよびSEMによる分析により、相組成および表面形態を確認。
• 紫外光照射下でのホルム酸分解速度のモニタリングにより、光触媒的試験を実施。
• ベンチマークとして商業的Degussa P25 TiO2を用いて結果を比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀ドーピング濃度（0.05–0.5 wt.%）が、ホルム酸分解におけるTiO2の光触媒的効率に与える影響は何か？
• RQ2 エタノールがAg/TiO2ナノコンポジットの合成および性能に果たす役割（正孔 scavenger 機能）は何か？
• RQ3 焼成温度（300°C 対 400°C）がAg/TiO2の光触媒的活性に与える影響は何か？
• RQ4 合成したAg/TiO2は、近紫外光条件下で商業的P25 TiO2を上回るホルム酸分解性能を示すか？
• RQ5 最大の光触媒的活性を得るための銀含有量と焼成温度の最適な組み合わせは何か？

主な発見

• ホルム酸の初期分解速度は銀含有量が低下するにつれて増加し、0.05 wt.%の銀含有量でピークに達した。
• 300°Cで焼成した0.05 wt.%銀含有のナノコンポジットが、他の焼成処理を施した試料と比較して最高の光触媒的活性を示した。
• 合成された全般的なAg/TiO2ナノコンポジットは、銀含有量の違いに関わらず一貫した全体的な性能を示した。
• 合成媒体中のエタノールは、紫外光照射下で効果的な正孔 scavenger として機能し、Ag+の還元を促進した。
• 0.05 wt.%銀含有で300°Cで焼成した試料は、商業的P25 TiO2を上回る優れた性能を示した。
• XRDおよびSEMの結果、TiO2マトリックス上に均一に分散した銀ナノ粒子が形成されており、焼成処理により結晶性が向上したことが確認された。