Détermination de l'activité catalytique de nanoparticules de TiO2 dopées par un métal de transition à l'aide d'une analyse spectroscopique de surface

Contexte

Depuis plusieurs décennies, il est bien connu que l'oxyde de titane (TiO₂ ) a une activité catalytique efficace ainsi qu'un faible coût, donc TiO₂ a reçu une attention considérable en raison de ses diverses applications dans les cellules solaires, la photocatalyse et la catalyse électrochimique [1,2,3,4,5,6,7]. Bien que TiO₂ est un matériau prometteur, le TiO₂ (structures rutile ou anatase) a une bande interdite relativement large (E_g = 3,0 ~ 3,2 eV), et cette largeur lui permet d'absorber uniquement la lumière UV. Par conséquent, des efforts importants ont été déployés pour réduire sa bande interdite et améliorer l'activité catalytique. Pour cette raison, une insertion d'éléments étrangers en tant que dopants a été largement réalisée pour réduire la bande interdite depuis l'élément d'impureté dans TiO₂ peut modifier les états de bord de bande.

Par conséquent, notre stratégie consiste à insérer des métaux de transition comme dopants dans TiO₂ NPs pour améliorer les performances catalytiques du TiO₂ NPs de manière significative, car ils peuvent augmenter les structures de défauts de TiO₂ NPs, qui est étroitement liée à l'amélioration de l'activité catalytique [8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18]. Pour approfondir l'étude des recherches précédentes [19, 20], nous avons effectué l'insertion de divers ions de métaux de transition (TM ⁺ ) en TiO₂ puis comparé les activités catalytiques du TiO₂ NPs contenant les divers dopants de métaux de transition avec ceux TiO₂ NPs. À partir de là, nous pouvons évaluer l'efficacité des dopants de métaux de transition pour TiO₂ NPs et comparer les activités photocatalytiques entre divers métaux de transition.

Dans notre étude, nous avons fabriqué avec succès les cinq métaux de transition TiO₂ NPs (TM-TiO₂; TM=Cr, Mn, Fe, Co et Ni) avec un procédé de thermosynthèse (voir la section « Méthodes »). Nous avons d'abord comparé les morphologies et propriétés électroniques des cinq TM-TiO₂ avec TiO₂ NPs en utilisant la microscopie électronique à balayage (MEB), la spectroscopie Raman et la microscopie à rayons X à transmission à balayage (STXM). Et puis, nous avons évalué leurs capacités catalytiques en oxydant le 2-aminothiophénol (2-ATP) dans des conditions d'ultravide (UHV) (une pression de base inférieure à 9,5 × 10 ^-11 Torr) avec un éclairage UV de 365 nm à l'aide de la spectroscopie de photoémission à haute résolution (HRPES) et des changements de voltamogramme cyclique (CV) dans la phase de solution en utilisant l'électrochimie. Ces réactions et analyses ont également été effectuées pour déterminer le mécanisme de la réaction d'oxydation catalytique.

Méthodes

Préparation des solutions précurseurs

Nous avons préparé chaque solution de précurseur avec une synthèse en un seul pot. Les quantités souhaitées de dopants de métaux de transition (TM) ont été ajoutées sous la forme TM(NO₃ )_x n H₂ O (nitrate de métal n -hydrater; TM=Cr, Mn, Fe, Co ou Ni) en fractions molaires par rapport à TiO₂ (TM/(TM+TiO₂ )), qui ont été utilisés comme dopants. Toutes les substances ont été achetées auprès de Sigma-Aldrich. Les solutions de précurseurs sont agitées pendant 10 min. Le 2-aminothiophénol (2-ATP, Sigma Aldrich, pureté 97 %) et le Nafion (Sigma Aldrich, 5 % en poids dans un alcool aliphatique de bas poids moléculaire et de l'eau) ont été achetés auprès de Sigma-Aldrich. Les comprimés de solution saline tamponnée au phosphate (PBS) sont achetés auprès de Gibco.

Préparation du TM-TiO dispersé₂ Solutions

De l'hydroxyde de tétraméthylammonium (TMAOH) (1,2 g) a été dilué avec de l'eau bidistillée (DDW, 22,25 g). L'isopropoxyde de titane (TTIP, 3,52 g) a été dilué avec de l'isopropanol (3,5 g). Ces deux solutions ont été agitées séparément pendant 10 min. TiO blanc₂ est apparu en ajoutant goutte à goutte la solution de TTIP à la solution de TMAOH à température ambiante. Ensuite, les quantités souhaitées (5 % en moles) de dopants de métaux de transition ont été ajoutées à chaque solution de gel synthétique dans un bain d'huile à 80 °C sous agitation. Après environ 10 min, la solution de gel synthétique est devenue une solution transparente. Les solutions ont été transférées dans des autoclaves revêtus de téflon puis chauffées à 220 °C pendant 7 h dans un four à convection. Le TM-TiO₂ résultant (Cr-TiO₂ , Mn-TiO₂ , Fe-TiO₂ , Co-TiO₂ , et Ni-TiO₂ ) ont été filtrés et lavés avec du DDW pour éliminer tout résidu.

Fabrication de TM-TiO₂ -GCE modifié par Nafion et mesures électrochimiques de l'oxydation du 2-ATP

L'oxydation électrochimique du 2-ATP a été étudiée à l'aide d'électrodes en carbone vitreux (GCE) modifiées avec du TM-TiO₂ . Pour chaque MT, une masse de 4,0 mg de TM-TiO₂ a été dispersé dans 2,0 ml d'eau distillée contenant 50 μl de Nafion, puis mélangé à l'aide d'un processeur à ultrasons pendant 5 min pour obtenir le TM-TiO₂ homogène -Mélange de Nafion. Après cela, un volume de 20 ul du mélange a été placé sur un GCE et a été séché à 80 °C dans un four préchauffé pendant 30 min. Un voltamogramme cyclique (CV) de 0,01 M de 2-ATP dans du PBS a été obtenu pour chaque TM-TiO₂ -Nafion modifié GCE.

Caractérisations

La morphologie et la distribution de taille des nanoparticules fabriquées ont été analysées en utilisant la microscopie électronique à balayage à émission de champ (FE-SEM, FEI Inspect F50, fonctionnant à 10 kV). Les spectres Raman ont été obtenus en utilisant un spectromètre (Horiba, ARAMIS) avec un Ar ⁺ laser à ions CW (514,5 nm). Les résultats de la microscopie à rayons X à transmission à balayage (STXM) avec une résolution de 25 nm ont été obtenus sur la ligne de lumière 10A du Pohang Accelerator Laboratory (PAL). STXM a été utilisé pour obtenir des piles d'images en utilisant la spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS) pour obtenir le métal de transition dopé L -bord, Ti L -edge, et O K -spectres de bord. Des expériences de spectroscopie de photoémission à haute résolution (HRPES) ont été réalisées sur un analyseur d'électrons (SES-100, Gamma-Data Scienta) sur la ligne de lumière 8A2 de PAL pour identifier la structure électronique. Le S 2p les spectres au niveau du cœur ont été enregistrés avec un analyseur d'énergie électronique. Un GCE d'un diamètre de 2 mm a été utilisé comme électrode de travail et un fil de Pt d'un diamètre de 1 mm a été utilisé comme contre-électrode, tandis que l'électrode de référence était Ag/AgCl (3 M KCl).

Résultats et discussion

Pour obtenir des caractérisations plus fines des structures électroniques, nous avons tout d'abord obtenu le Ti L -edge et O K - spectres d'adsorption aux rayons X (XAS) de bord pour TiO₂ NPs et les cinq TM-TiO₂ (Fig. 1) en utilisant STXM. Les régions noires des images incrustées illustrées sur la figure 1a–f proviennent de TiO₂ NPs et TM-TiO₂ . Premièrement, la forme du e _g orbitale située à ~ 460 eV pour le Ti L _2,3 -les spectres XAS de bord indiquent la présence d'anatase TiO₂ typique structure dans tous les TiO₂ NPs et les cinq TM-TiO₂ [21]. Cependant, lorsque TiO₂ Les NP sont dopées au Fe ³⁺ (Fig. 1d) et Co ³⁺ ion (Fig. 1e), le rapport des intensités des pics t _2g (457,4 eV) et e _g (459~460 eV) diminue en dessous de celles de l'anatase TiO₂ et autres TM-TiO₂ (Cr-TiO₂ , Mn-TiO₂ , et Ni-TiO₂ ), qui indique la présence d'un champ cristallin faible ou une augmentation du nombre d'atomes de Ti sous-coordonnés. En d'autres termes, ces différences sont dues aux différents dopants, qui produisent différentes structures de défauts dans les nanoparticules. Les petits doublets à 456,0 et 456,6 eV dans ces figures correspondent au Ti ³⁺ Etat; il est bien connu que le dopage métallique améliore la structure des défauts de surface [22, 23]. Le O K -edge XAS spectres du TiO₂ NPs et cinq TM-TiO₂ contiennent quatre pics à 529,9, 532,3, 537,9 et 543,7 eV [24, 25]. Comme mentionné dans l'introduction, le but principal de cette étude est d'étudier les états électroniques du TM-TiO₂ et les effets sur leurs activités catalytiques. Fait intéressant, le O K -les spectres de bord montrent une structure électronique assez différente selon les dopants des métaux de transition. Comme indiqué dans O K -bords, les pics sont dus au passage des O 1s état au p inoccupé état, et de l'O 2p état à l'O 2p –Ti 3d état orbital hybride, respectivement. Les formes et les intensités du O K -pics de pointe pour Cr-TiO₂ , Mn-TiO₂ , et Ni-TiO₂ sont très similaires à ceux de l'anatase TiO₂ NPs. Cependant, le O K -bords de Fe-TiO₂ et Co-TiO₂ indiquent moins de l'orbitale hybride (538 et 543 eV) que de l'O 2p nu transition (532,6 eV). Autrement dit, les orbitales des dopants Fe et Co sont moins hybridées avec l'O 2p orbitale incluant TiO₂ selon les spectres, ce qui est lié aux activités catalytiques et sera à nouveau discuté.

Spectres XAS (Ti L _2,3 -edge et O K -edge) et les images empilées correspondantes pour a anatase TiO₂ , b Cr-TiO₂ , c Mn-TiO₂ , d Fe-TiO₂ , e Co-TiO₂ , et f Ni-TiO₂ (5 % mol de TM-TiO₂ NPs). La taille de l'image empilée est de 1 μm × 1 μm (la barre d'échelle est de 200 nm)

Nous avons également mesuré les spectres Raman de TiO₂ NPs et les cinq TM-TiO₂ . Comme le montre la Fig. 2, les structures électroniques parmi TM-TiO₂ sont également différents par rapport à l'anatase TiO₂ modestement, selon les résultats spectroscopiques Raman. Les six échantillons donnent des décalages Raman à environ 395 (B_1g ), 514 (A_1g ) et 636 cm ⁻¹ (E_g ), et ils indiquent l'anatase TiO₂ typique pics [26]. De plus, nous avons constaté que chaque échantillon présentait des pics induits par les métaux de transition dopés (Cr₂ O₃ :675,3 cm ⁻¹ , MnO :644,5 cm ⁻¹ , Fe₂ O₃ :614,2 cm ⁻¹ , Co₂ O₃ :657,1 cm ⁻¹ , et NiO :564,8 cm ⁻¹ ). Fait intéressant, nous avons découvert que les ions de métaux de transition dopés étaient transformés en formes stables d'oxydes métalliques et l'intensité de E_g pic de TiO₂ NPs était un peu plus bas pour TM-TiO₂ que pour l'anatase TiO₂ NPs. Nous avons également acquis les images SEM (Fig. 2) du TiO₂ NPs et les cinq TM-TiO₂ pour déterminer leurs morphologies de surface. Les images SEM montrent qu'elles ont des caractéristiques structurelles et des tailles différentes. Cr-TiO₂ , Mn-TiO₂ , Fe-TiO₂ , Co-TiO₂ , et Ni-TiO₂ ont des formes rondes ou rectangulaires uniformes avec des tailles de ~ 26, ~ 10, ~ 15, ~ 18 et ~ 16 nm, respectivement. Ces cinq TM-TiO₂ (TM=Cr, Mn, Fe, Co et Ni) sont significativement plus petits que l'anatase TiO₂ NPs (~ 40 nm : Fig. 2a). Par conséquent, il est possible que les ions Cr, Mn, Fe, Co et Ni modifient la structure du TiO₂ Les NP peuvent ensuite agir comme des sites de nucléation qui aident à la formation de fines particules.

Les spectres Raman du TM-TiO₂ monodispersé à 5 mol % :a anatase TiO₂ , b Cr-TiO₂ , c Mn-TiO₂ , d Fe-TiO₂ , e Co-TiO₂ , et f Ni-TiO₂ et les images SEM correspondantes, respectivement

Afin d'examiner plus en détail les états électroniques modifiés induits par les dopants des métaux de transition, nous avons enregistré le métal de transition L -edge XAS spectres. La figure 3a–e révèle clairement les structures électroniques des cinq dopants de métaux de transition inclus dans l'anatase TiO₂ NPs. Le spectre de la figure 3a avec des pics à 576,0 et 577,0 eV avec un épaulement de 578,4 eV correspond à un Cr ³⁺ typique L ₃ -résultats de pointe pour Cr-TiO₂ [27]. Le pic net de la figure 3b à 639,2 eV avec une petite caractéristique à 640,7 eV correspond aux autres Mn ²⁺ L ₃ -résultats de bord [28]. Le pic net de la figure 3c à 708,5 eV avec un petit pic à 706,6 eV correspond aux autres Fe ³⁺ L ₃ -edge résultats [29, 30]. Le doublet de la Fig. 3d à 776,8 et 777,6 eV est celui du Co ³⁺ L ₃ -bord [27]. Enfin, le pic pointu à 850,3 eV sur la figure 3e avec un petit pic à 852,2 eV est le Ni ²⁺ typique L ₃ -spectre de bord [30]. Ces résultats établissent les états électroniques des métaux de transition dopés :Cr₂ O₃ , MnO, Fe₂ O₃ , Co₂ O₃ , et NiO, respectivement.

Le métal de transition dopé L -edge et Ti L -edge XAS spectres de 5 % mol% TM-TiO₂ :a et f Cr-TiO₂ , b et g Mn-TiO₂ , c et h Fe-TiO₂ , d et je Co-TiO₂ , et e et j Ni-TiO₂ . k Le tracé du rapport entre le pic de pré-bord a et t _2g pic pour TiO nu₂ et les cinq TM-TiO₂

L'un de nos objectifs est de clarifier les structures de défauts induites par les dopants de métaux de transition du TM-TiO₂ dans cette étude. Comme le montre la Fig. 3f–j, nous pouvons remarquer que les intensités pour le Fe-TiO₂ et Co-TiO₂ des deux pics de pré-bord à 456,7 et 457,4 eV sont supérieurs à ceux du Cr-TiO₂ , Mn-TiO₂ , et Ni-TiO₂ (marqué a) indiquant que ces pics sont dus à des structures de défauts de surface (Ti ³⁺ état) [31]. Les rapports des intensités du pic avant front (a) et du t _2g les pics sont de 0,11, 0,127, 0,140, ​​0,224, 0,238 et 0,113 pour TiO₂ , Cr-TiO₂ , Mn-TiO₂ , Fe-TiO₂ , Co-TiO₂ , et Ni-TiO₂ , respectivement (voir Fig. 3k). Ce résultat signifie que le Ti ³⁺ l'état est présent en nombre plus élevé dans Fe-TiO₂ et Co-TiO₂ .

Suite à la confirmation du dopage des métaux de transition par l'analyse de surface, nous avons étudié les modulations de bande interdite en prenant les spectres de bande de valence comme le montre la figure 4. L'anatase TiO₂ a été signalé comme ayant une bande interdite d'environ 3,2 eV [32]. Comme indiqué dans les spectres de bande de valence de la figure 4a, le maximum de bande de valence de TM-TiO₂ des décalages inférieurs par rapport au niveau de Fermi (E_F ) de 3,10 à 1,81 eV (2,56 eV, Cr-TiO₂; 2,52 eV, Mn-TiO₂; 2,07 eV, Fe-TiO₂; 1,81 eV, Co-TiO₂; et 2,61 eV, Ni-TiO₂ ). A partir de cela, on peut estimer que le dopage des métaux de transition donne lieu à un rétrécissement de la bande interdite car TiO₂ est un matériau semi-conducteur hautement de type n, et E_F dans le semi-conducteur de type n se trouve à proximité de la bande de conduction. Réduire la bande interdite du TM-TiO₂ a résulté de son amélioration des structures de défauts.

un Spectres de valence et b vue agrandie du bord de la bande de valence de l'anatase TiO₂ et les cinq TM-TiO₂ . c Le tracé des valeurs maximales de la bande de valence de TiO₂ et les cinq TM-TiO₂

En conséquence, nous pouvons conclure que les métaux de transition dopés font des structures de défauts de TiO₂ NPs et contribuent ensuite à diminuer la bande interdite dans TM-TiO₂ (en spécial Fe-TiO₂ et Co-TiO₂ ). Avec cette compréhension des variations des structures et des propriétés électroniques des cinq TM-TiO₂ , nous comparons maintenant les effets du dopage aux métaux de transition en tant que point de leurs activités catalytiques.

Réaction redox électrochimique en phase aqueuse

Les CV ont été obtenus dans une solution de PBS contenant 0,01 M de 2-ATP à divers types de GCE irradiés par une lumière UV de 365 nm de longueur d'onde. Comme le montre la figure 5g, un courant d'oxydation lent est observé à un GCE nu en raison de l'oxydation intrinsèquement lente du 2-ATP. Pour augmenter le courant associé à l'oxydation du 2-ATP, des GCE modifiés avec le TiO₂ et TM-TiO₂ -Les catalyseurs Nafion sont fabriqués et testés, avec les résultats indiqués sur la Fig. 5. Les courants associés à l'oxydation du 2-ATP sont de 6,9 ​​(± 1,4) μA et de 7,1 (± 1,6) μA lors de l'utilisation des GCE modifiés avec le Fe- TiO₂ et Co-TiO₂ , respectivement—significativement supérieur (c'est-à-dire 4,6 et 4,7 fois supérieur) à la valeur de 2,0 μA observée en utilisant uniquement le GCE nu (Fig. 5h). En revanche, les courants générés lors de l'utilisation de l'anatase TiO₂ NPs, Cr-TiO₂ , Mn-TiO₂ , et Ni-TiO₂ ne sont que de 2,7 (± 0,4) A, 4,4 (± 1,1) μA, 2,8 (± 0,5) A et 2,9 (± 0,7) μA, respectivement, qui sont légèrement (1,8, 2,9, 1,86 et 1,93 fois) mais pas significativement supérieure à celle de l'électrode nue. Ces résultats révèlent l'importance du type de TM-TiO₂ pour catalyser les réactions d'oxydation, même en utilisant de petites quantités (5 % molaires) du métal de transition dopé, et indiquer spécifiquement le Fe-TiO₂ et Co-TiO₂ être de bons catalyseurs pour l'oxydation du 2-ATP.

un –f CV (à une vitesse de balayage de 50 mV/s) dans du PBS contenant 0,01 M de 2-ATP à un GCE nu (lignes noires) ou des GCE modifiés (lignes rouges) avec 5 % mol a anatase TiO₂ , b Cr-TiO₂ , c Mn-TiO₂ , d Fe-TiO₂ , e Co-TiO₂ , et f Ni-TiO₂ . g Un courant d'oxydation lent observé à un GCE nu en raison de l'oxydation intrinsèquement lente du 2-ATP. h Courants catalytiques résultant de l'oxydation électrochimique du 2-ATP pour les différents types d'anatase TiO₂ et les cinq TM-TiO₂

Oxydation photocatalytique du 2-ATP

Nous avons également déterminé les activités catalytiques directes du TM-TiO₂ dans l'oxydation des molécules de 2-ATP. Le S 2p spectres au niveau du cœur de l'anatase TiO₂ et 5 % mol de TM-TiO₂ ont été obtenus avec HRPES après 180 l d'exposition au 2-ATP en présence d'oxygène sous un éclairage UV de 365 nm (voir Fig. 6a–f). Ces spectres contiennent trois 2p distincts _3/2 pics à 161,5, 162,9 et 168,6 eV, qui sont attribués à S1, l'état non lié C-SH, S2, l'état lié et S3, l'acide sulfonique (SO₃ H), respectivement. Il est bien connu que l'acide sulfonique est un produit d'oxydation des groupes thiol [33, 34]. Ainsi, nous pouvons suivre l'oxydation du 2-ATP en mesurant le rapport des intensités des pics S3 et S1. La figure 6a–f confirme que Fe-TiO₂ et Co-TiO₂ agissent comme des photocatalyseurs efficaces. Les rapports des intensités sont de 0,07, 0,12, 0,10, 0,27, 0,29 et 0,08 pour l'anatase TiO₂ NPs, Cr-TiO₂ , Mn-TiO₂ , Fe-TiO₂ , Co-TiO₂ , et Ni-TiO₂ , respectivement, c'est-à-dire les rapports Fe-TiO₂ et Co-TiO₂ sont également plus élevés que ceux des autres nanoparticules (voir Fig. 6g). Ce résultat est étroitement corrélé au nombre de structures défectueuses dans le TM-TiO₂ illustré à la Fig. 3. Dans les mesures STXM, nous confirmons que Fe-TiO₂ et Co-TiO₂ contenir plus de Ti ³⁺ les états de défaut (c'est-à-dire les structures de défauts de surface). Ainsi, ces résultats indiquent que l'augmentation du nombre de Ti ³⁺ les structures des défauts sont étroitement corrélées à l'amélioration de l'activité catalytique [7]. En conséquence, le Fe-TiO₂ et Co-TiO₂ , qui contiennent de nombreux Ti ³⁺ états défectueux, ont des activités catalytiques plus élevées.

(Panneau de gauche) HRPES S 2p spectres au niveau du cœur obtenus après les oxydations catalytiques de 180 L de 2-ATP (l'exposition de saturation dans notre système) sur anatase TiO₂ et 5 % mol de TM-TiO₂ (un TiO₂ , b Cr-TiO₂ , c Mn-TiO₂ , d Fe-TiO₂ , e Co-TiO₂ , et f Ni-TiO₂ ). (Panneau de droite) g Le graphique du rapport d'intensité entre S3 (− SO₃ H) et S1 (− SH) de l'anatase TiO₂ et les cinq TM-TiO₂ , indiquant leurs activités catalytiques dans l'oxydation du 2-ATP, pour des expositions de 180 l sous une lumière UV de 365 nm

Pour cette raison, nous pouvons considérer trois facteurs (dépendance de l'état de charge, dépendance de la structure des défauts de surface et hybridation entre les métaux de transition dopés et TiO₂ ), ce qui peut provoquer l'amélioration des activités catalytiques du TM-TiO₂ . Dans un premier temps, l'effet de l'état de charge électronique a également été étudié en utilisant la mesure STXM. Comme le montre la figure 3a–e, nous confirmons que les ions de métaux de transition Cr, Fe et Co ont le TM ³⁺ états de charge, tandis que Mn et Ni ont le TM ²⁺ états de charge. Par conséquent, nous pouvons conclure qu'il n'y a pas de corrélation entre les états de charge électronique des dopants et l'activité catalytique du TM-TiO₂ . Deuxièmement, nous avons vérifié la dépendance de la structure des défauts de surface. Comparaison du rapport des intensités du pic avant front (A) et du t _2g pic illustré sur la Fig. 3, nous confirmons que le nombre de défauts de surface de la structure est de l'ordre de Co-TiO₂> Fe-TiO₂> Mn-TiO₂> Cr-TiO₂> Ni-TiO₂> TiO₂ . Comme indiqué précédemment, Fe-TiO₂ et Co-TiO₂ présentent une nette amélioration de l'activité catalytique. Avec des structures de défauts de surface croissantes, les activités catalytiques de TM-TiO₂ augmenter. En surveillant les rapports de pré-bord, nous avons observé une dépendance claire de la structure des défauts de surface dans l'amélioration de l'activité catalytique. Par conséquent, la structure des défauts de surface n'influence que l'amélioration de l'activité catalytique du TM-TiO₂ .

Enfin, une autre explication raisonnable est que selon le O K -edge XAS illustré à la Fig. 2, une proportion plus élevée d'états d'oxygène moins hybridés (538 et 543 eV) apparaît dans Fe-TiO₂ et Co-TiO₂ que dans les autres TM-TiO₂ . Celles de transition du métal de transition dopé 3d à l'O 2p l'état inoccupé peut faciliter l'élimination des atomes d'oxygène du TiO₂ nanoparticules et améliorent l'oxydation catalytique du 2-ATP car le site de vacance d'oxygène de TiO₂ est un site actif. En conclusion, le dopage du TiO₂ nanoparticule avec Fe ou Co donne une augmentation plus élevée des activités catalytiques pour l'oxydation du 2-ATP que le dopage avec Cr, Mn ou Ni.

Conclusions

TM-TiO₂ synthétisés avec une méthode de thermosynthèse ont été examinés avec diverses techniques d'analyse de surface. Comparer les activités catalytiques des cinq TM-TiO₂ avec l'anatase TiO₂ NPs, nous avons surveillé leurs effets sur l'oxydation photocatalytique des molécules de 2-ATP en utilisant les HRPES et l'oxydation du 2-ATP en utilisant des mesures EC. En fonction des métaux de transition dopés, nous avons clairement étudié que les structures de défaut accrues et moins d'hybridation induites par les métaux de transition dopés affectent les activités catalytiques améliorées. En particulier, Fe ³⁺ et Co ³⁺ les ions génèrent des écarts d'état d'oxydation plus efficaces, c'est-à-dire plus de Ti ³⁺ structures de défauts et transformations de surface que les autres ions métalliques (Cr ³⁺ , Mn ²⁺ , et Ni ²⁺ ). En conséquence, nous avons découvert que les propriétés catalytiques de Fe-TiO₂ et Co-TiO₂ sont supérieurs à ceux de l'anatase TiO₂ NPs et autres TM-TiO₂ (TM=Cr, Mn et Ni).

Abréviations

HRPES :

Spectroscopie de photoémission haute résolution

SEM :

Microscopie électronique à balayage