Advanced Sustainable Systems:用于光催化应用的具有可调晶体结构和形态的杂化氨基酸-TiO2

光催化过程利用阳光作为可再生能源,生产化学产品或进行污染物的降解反应,有助于实现绿色、可持续的目标。对于光催化反应,光敏材料的设计和优化至关重要,锐钛矿相二氧化钛[TiO2 (A)]是现阶段最常用的光催化剂,其在紫外光下表现出卓越的性能,并具有稳定性高、毒性小的优点,广泛运用于光氧化反应。然而,TiO2 (A)在可见光波段的光活性有限,限制了其在太阳光照射下的光催化效率。

针对这一问题,研究者尝试在二氧化钛合成过程中原位掺入有机成分或金属配合物,所制备的杂化纳米粒子能获得可见光吸收带、更小的带隙及更好的稳定性,从而获得更强的光活性。近日,西班牙阿利坎特大学的García-MartínezSerrano等运用这一策略,在二氧化钛制备过程中加入氨基酸,制备了氨基酸-二氧化钛锐钛矿纳米粒子及金红石纳米棒。表征和催化测试显示,氨基酸能与钛原子配位而有效地与二氧化钛结合,所制备材料与未改性的二氧化钛及商业二氧化钛P25相比,在染料光催化降解中显示出更好的光催化效率。

本工作中,作者使用钛酸四丁酯与L-酪氨酸为原料,合成了杂化L-酪氨酸-二氧化钛。通过调节制备过程的pH值,可以调控产物的尺寸、晶体结构及形貌。XRD、SEM及TEM表征表明,pH=0时合成得到的为金红石纳米棒,而pH=2.2时则得到锐钛矿-板钛矿纳米颗粒。光物理表征显示,得到的杂化二氧化钛带隙减小,并具有波长大于400 nm的额外吸收边带。之后,作者将所得产物运用于染料(亚甲基蓝和罗丹明6G)的光降解,结果表明其减小的带隙及可见光区的吸收能增强光催化效率,并具有很好的稳定性,有望作为光催化剂运用于环境修复中。

论文信息:

Hybrid Amino Acid-TiO2 Materials with Tuneable Crystalline Structure and Morphology for Photocatalytic Applications

Gamze Sarigul, Ignacio Chamorro-Mena, Noemi Linares, Javier García-Martínez, Elena Serrano

Advanced Sustainable Systems

DOI:10.1002/adsu.202100076

原文链接:https://doi.org/10.1002/adsu.202100076

原创署名:潘奕辰