[论文解读] 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 7

一句话总结

本研究调查了在乙醇-水体系中、于近紫外光（365 nm）照射下合成的Ag/TiO2纳米复合材料在光催化分解甲酸中的应用。乙醇作为空穴清除剂，促进了Ag+的还原；在300°C下煅烧、银含量为0.05 wt.%时达到最佳性能，表现出最高的初始分解速率，并优于商用P25 TiO2。

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.

研究动机与目标

• 开发一种低成本、高效的光催化剂，利用Ag/TiO2纳米复合材料降解有机污染物。
• 研究乙醇-水体系在Ag/TiO2合成及其光催化性能中的作用。
• 优化银掺杂浓度和煅烧温度，以提高光催化活性。
• 在相同条件下，将合成的Ag/TiO2与商用Degussa P25 TiO2进行性能比较。

提出的方法

• 采用不同银含量（0.05、0.1、0.5 wt.%）的乙醇-水体系合成Ag/TiO2纳米复合材料。
• 使用4W近紫外灯（λmax = 365 nm）照射，驱动Ag+离子的光分解。
• 在受控气氛下于300°C和400°C下对纳米复合材料进行煅烧，以提高结晶度和稳定性。
• 通过XRD和SEM表征，确认相组成和形貌。
• 通过监测紫外光照射下甲酸的分解速率，进行光催化性能测试。
• 将结果与商用Degussa P25 TiO2作为基准进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 银掺杂浓度（0.05–0.5 wt.%）如何影响二氧化钛在甲酸分解中的光催化效率？
• RQ2 乙醇在Ag/TiO2纳米复合材料的合成与性能中作为空穴清除剂起什么作用？
• RQ3 煅烧温度（300°C与400°C）如何影响Ag/TiO2的光催化活性？
• RQ4 在近紫外光照射下，合成的Ag/TiO2是否优于商用P25 TiO2在甲酸降解中的表现？
• RQ5 银含量与煅烧温度的最佳组合是什么，以实现最大的光催化活性？

主要发现

• 甲酸的初始分解速率随银含量降低而提高，在0.05 wt.%银时达到峰值。
• 在300°C下煅烧的0.05 wt.%银纳米复合材料表现出最高的光催化活性，优于其他煅烧样品。
• 所有合成的Ag/TiO2纳米复合材料在不同银负载量下表现出一致的整体性能。
• 合成介质中的乙醇作为有效的空穴清除剂，在紫外光照射下促进了Ag+的还原。
• 在300°C下煅烧的0.05 wt.%银样品在性能上优于商用P25 TiO2。
• XRD和SEM结果证实了Ag纳米颗粒在TiO2基体上的良好分散性，且煅烧后结晶度得到改善。