评论对二氧化钛的改性减少二氧化碳

文摘

随着时间的推移化石燃料消费的增加导致消除越来越多这样的温室气体二氧化碳在大气层。二氧化碳是有害的对我们造成能源危机等等。一个最好的解决方案来减少二氧化碳的数量到有价值的来源,如甲烷HCO2H, CH2O, CH3OH准备金属氧化物半导体材料的使用与其他金属氧化物金属掺杂和耦合。金属氧化物(二氧化钛)已经被用于照片催化地减少二氧化碳由于其无毒性,便宜和环保。改性二氧化钛的关注许多利益由于最大光吸收,减少复合率,增加表面积与体积比,增加二氧化碳的吸附能力和增强活性二氧化钛的二氧化碳转化为有价值的来源。综述论文,最近的工作在二氧化钛提出了包括金属和非金属掺杂、耦合与金属氧化物异质结复合材料。

关键字

TiO₂、有限公司₂,减少光催化剂掺杂

介绍

现代世界的两个主要问题是能源和环境需要紧急关注。我们的地球正面临着严重的环境灾难的环境问题我们周围堆积日复一日。我们的环境变暖是由于全球变暖的增加随着时间的流逝(1,2]。排放的公司₂增加在地球全球变暖导致增强3]。环境能源危机的解决我们的问题公司的转换₂通过使用TiO成有用的燃料₂纳米复合材料。1972年首先本田和Fujishima发现通过使用TiO光电化学分解水₂半导体电极被发现有助于满足未来的能源危机问题[4]。除了水分解成氢和氧,想尽一切转换成有限公司₂通过使用金属氧化物(TiO到宝贵的燃料₂)半导体催化剂作为主要需求也应对我们的环境能源危机问题5- - - - - -9]。

照片催化地转换成有限公司₂为太阳能燃料如甲烷、甲醇(CH₃哦),HCO₂H, CH₂啊,等和水分裂(H₂O)成氢气和氧气都进行了广泛的研究10]。照片催化的反应堆的最好方法是用于公司的转换₂到有价值的燃料。有许多金属氧化物材料已被用来作为催化剂在紫外可见射线如氧化锌、ZrO₂乔治亚州₂O₃,我们₃分别以曹,艾尔₂O₃(11- - - - - -14]。此外,光催化还原的有限公司₂也已经完成由硫化锌等金属硫化物(15- - - - - -17]CdS [10,15,18)和Bi₂年代₃(19]。此外,其他金属(CaFe2O₄或原文如此)和半导体等差距也被用作还原的催化剂有限公司₂在我们的环境中在紫外可见射线(20.,21]。感染,这些催化剂的效率差,是由于表面最低太阳能光吸收光谱中的可见光electr0magnetic地区(22)和电荷分离效率低下是由于重组的航空公司(23- - - - - -26]。锐钛矿TiO₂已经被证明是非常好的转换的半导体光催化剂有限公司吗₂成有用的碳氢化合物由于其属性如无毒性,化学稳定性和催化地活动照片(27]。不过,TiO₂半导体材料不是积极用于可见光辐照由于大型隙(3.0 ~ 3.2 eV),大约只有5%的太阳能灯是利用光催化反应TiO的表面₂(28- - - - - -30.]。有许多努力来消除这个问题和进一步的发展31日]。

在过去,无数的p型半导体材料已经使用了n型TiO的修改₂增加可见光吸收形成的pn垂直(6,32- - - - - -35]。可见光吸收最大是由于窄隙的半导体和复合载流子(e - / h +)对减少由于可见光吸收。太阳能电池是由二B vi半导体如汞、Cd, Hg和Te, Se,年代,阿宝已经被证明是更高效的催化剂对太阳能的光电转换成有用的燃料由于最大吸收速率和最低材料使用36- - - - - -39]。水(H₂使用电沉积方法O)分裂p型半导体碲化锌(ZnTe)沉积在TiO₂半导体材料(27]。碲化锌(ZnTe)通常是用作催化剂由于窄隙。碲化锌(ZnTe)增强许多材料形成垂直的光催化活性18,40- - - - - -42]。

有许多方法广泛用于TiO的表面改性₂如杂质掺杂,金属沉积,碱改性,异质结结构和碳基材料的光催化还原载荷有限公司₂成有用的碳氢化合物(18,43- - - - - -45]。综述论文的主要目的是总结之前的研究工作TiO的表面改性₂为更有效的公司的效率₂减少。最后,结论和未来前景的表面TiO修改₂半导体催化剂是检查。

机制保留有限公司₂减少

主要有三个步骤用于减少有限公司₂到有价值的碳氢化合物和水(H₂O)所示图1 - 3。首先,当我们适当照射光能量等于或大于半导体的带隙能量那么一代的电子空穴对。其次,这些产生的电子和空穴转向co-catalyst表面接触半导体或半导体催化剂。雷竞技网页版因为重组e - / h +对一起发射的能量以热的形式发生。第三,减少有限公司₂原因由于photogenerated电子在催化剂表面的吸附到有限公司HCOOH, CH₃哦或CH₄。在氢氧化₂O为O₂由于洞出现。H的分裂₂O为O₂第一和第二步骤扮演同样的角色。电荷的复合(~ 10快得多⁹年代)过程与反应的过程(~ 10³-10年⁸年代)。

几个可能的氧化还原电位和反应有关减少有限公司₂有用的碳氢化合物,如公司总结如下,CH₄,CH₃哦,HCOOH和一氧化碳都需要产品。

[E⁰(V)和新人道(pH = 7]

有限公司₂+ 2 h⁺+ 2 E -→HCOOH E⁰= -0.61 V

有限公司₂+ 2 h⁺+ 2 e——→CO + H₂O E⁰= -0.53 V

有限公司₂+ 4 h⁺+ 4 e -→一氧化碳+ H₂O E⁰= -0.48 V

有限公司₂+ 6 h⁺+ 6 e -→CH₃哦+ H₂O E⁰= -0.38 V

有限公司₂+ 8 h⁺+ 8 e -→CH₄+ 2 h₂O E⁰= -0.24 V

2 H + + 2 e -→H₂E⁰= -0.41 V

H₂O h + 2⁺→1/2O₂+ 2 h⁺E⁰= 0.82 V

在光催化地有限公司₂还原反应TiO₂只能形成CH₄和CH₃哦,传导带的潜力为-0.5 V和新人道在pH = 746,47]。同样,许多电子所需CH的生产₄电子(8),CH₃哦(6电子),一氧化碳(4个电子)和有限公司(2个电子)48- - - - - -50]。

通常有两种方法用于减少CO₂与H₂O。

固液界面反应模型:在这种情况下,接触液体催化剂是直接导致吸附的水(H雷竞技网页版₂O)催化剂表面的溶解度有限有限公司₂在H₂O。

固体蒸汽界面反应模式:在这种催化剂的接触蒸汽导致H的形成雷竞技网页版₂减少的H₂O降低(51]。

当我们把TiO₂或任何其他掺杂催化剂催化剂持有人所包围的有限公司₂水和蒸汽生产CH₄增加三倍相比,催化剂分散在水中(H₂O)。

TiO₂论文的修改兴奋剂

TiO的光谱响应₂可以通过缩小电子属性增加了兴奋剂,或沉积,通过改变光学响应。界面电荷转移过程可以提高TiO沉淀金属离子₂表面的photo-induced电荷载体作为下沉。有许多用于TiO金属掺杂物₂这里列出高贵的金属,如(Pt、非盟、Pd、Rh、镍、铜、锡、Ag),稀土金属如(洛杉矶,Ce、公关、Nd、Sm、欧盟、Dy, Gd),等过渡金属(锌、铁、锰、钴、钯、镍),等其他金属和非金属离子(52]。

掺杂有金属

TiO₂掺杂金属降低带隙能量或增加波长似乎是一个很有前途的方法。由于掺杂材料充满电子的能级可以加入乐队——差距。这些电子激发到导带(n型)和树叶在价带移动洞(p型)或创建电子空穴对由于可见光照射(53]。在图2和3TiO的兴奋剂₂纳米催化剂的许多研究人员工作。

Perdew et al。55TiO)修改₂和其他半导体以提高光催化活性使用密度泛函理论(DFT)计算存在的银(Ag)和铂(Pt)八聚物集群。Ag)和Pt的存在,我们如何显示有限公司₂表面吸附TiO₂锐钛矿。Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE)功能的广义梯度近似(GGA) [56使用VASP](维也纳从头开始模拟包)代码(57,58)是用于执行DFT计算。Ag)和Pt八聚物的存在集群修改有限公司₂吸附在表面上的锐钛矿TiO₂用DFT计算,公司之间没有联系₂和八聚物表示TiO的表面电子密度₂TiO的修改₂属性。总之Ag)和Pt掺杂用于TIO的增加光催化活性₂。

Smirnova et al。59]合成介孔纳米二氧化钛掺杂金属离子如电影有限公司^{2 +}、镍^{2 +}、锰^{3 +},铜^{2 +}离子电极(介孔TiO₂、有限公司^{n +}/ TiO₂、镍^{n +}/ TiO₂、锰^{n +}/ TiO₂,铜^{n +}/ TiO₂电影和粉末)[60]利用溶胶-凝胶技术和准备样品的表征光学光谱、XRD和Brunauer艾美特和出纳。光电子化学测量用于估计顺利带的能带能量和位置潜力。过渡金属掺杂薄膜显示高照片当前量子产品照片和电化学活性。无掺杂样品米^{n +}/ TiO₂(m公司、镍、铜)电极具有更少的掺杂剂内容显示最大效率的电催化还原溶解氧。一个电流波出现在TiO的极化曲线₂,TiO₂/倪₂⁺,TiO₂/公司₂⁺/ 3⁺,TiO₂/锰^{3 +}电极。这表明反应前进没有生产的H₂O₂。最后,Mn + / TiO的纳米多孔结构₂电影的平均大小为2.5 6 nm和比表面积147到224米²/ g(纯TiO₂)。

格雷戈尔et al。61年]合成TiO₂我们₃用两种不同类型的TiO复合材料₂形态(R-TiO₂我们₃)纳米棒和(P-TiO₂我们₃)多面体纳米粒子通过浸渍的方法。这些复合材料最终用于研究电子捕获(ET)能量状态TiO的效果₂我们₃复合材料及其影响保留退化双酚a,碱性水热方法TiO做准备₂通过商用高表面积TiO纳米棒₂。我们₃是在TiO混杂在一起吗₂纳米棒的表面。TEM分析R-TiO₂我们₃表明,通过提高我们的浓度₃TiO的晶体结构₂被改变了。多相系统与我们₃分散到锐钛矿TiO₂观察,以防P-TiO吗₂我们₃合成的。此外,“P-TiO₂我们₃复合,具有很强的表面酸性比R-TiO网站₂我们₃复合材料。酸性网站R-TiO缺席₂我们₃复合材料”。研究电子捕获这些信息是合适的深度。红外光谱测量用于研究紫外线光照射,电子空穴对励磁,TiO的恶化₂我们₃和知识传导带和表面捕获(ST)纳米复合材料。纳米粒子具有椭球形状显示TEM P - 500的形象有30 nm的样品长度和直径20 nm r - 500和P + 4.40固体狭窄捕获网站显示的时间分辨红外光谱。快速重组的大洞,出现在p - 500和R + 4.40样本。最后,通过添加我们光催化活性提高₃在p - 500的基础材料和r - 500年贬值,光催化双酚a降解实验用于确认。

Sandeep et al。62年)准备Cu-doped TiO₂锐钛矿纳米棒的热液的方法。通过退火热水地合成Cu-doped TiO₂纳米管在500°C的温度在不同大气氩气和空气等。Cu-doped TiO₂锐钛矿纳米棒得到平均长度100 nm和平均直径15 - 25 nm)证实了TEM。XRD显示准备样品的内在铁磁性质。铁磁性质准备样例是由于缺陷显示,光致发光(PL)光谱。这铁磁Cu-doped TiO的性质₂发现在氩比空气最大。氧气空缺是由于退火和淬火铁磁秩序被发现最低。所以,有密切的战略位置图氧气空位由于最低铁磁秩序的行为。

提出修改

Mengqiu et al。63年)使用了一个简单水热方法准备TiO的小说₂-ZrO₂——涂布黄金(Au) (ZrO纳米催化剂₂tio₂/ Au)。准备后复合材料的表征方法,如,TEM, EDX,红外光谱、x射线衍射、紫外可见和XPS分析显示,安排,建设,ZrO的形态₂tio₂空心球体。黄金纳米粒子大小估计3 - 5 nm直径范围工作作为催化剂在减少4-nitrophenol NaBH 4-aminophenol₄。由于TiO混合氧化物的协同效应₂/非盟和ZrO₂/非盟,ZrO₂——TiO₂/非盟NPs显示最高的活动照片。最后,样本(ZT型/非盟NPs)煅烧在550年,300年和室温下,分别获得所需的样本。最高的热稳定性和反应性的样本有550。

周et al。64年首先准备TiO₂纳米晶体solvothermal方法使用co-exposed [1)和方面(65年]。然后Pt和铜₂O co-deposited TiO通过化学还原方法₂纳米晶体与NaBH的使用₄。然后我们研究TiO的光催化性能₂Pt的生产力增加CH在哪里₄和H₂比铜₂o .最后,由于Pt和铜的研究₂O在TiO₂纳米晶体的H₂生产下降,但公司₂转化为CH₄。也从表征Pt生成照片生成电子和增加催化剂上的电子密度,有利于CH的形成₄(66年]。由于沉积金属物种的XRD模式表明,锐钛矿TiO的晶体结构₂没有受到影响。由于加载金属物种的表面区域,TiO的孔隙大小、孔隙结构₂纳米晶体的影响。TiO₂纳米晶体的边长和厚度大约50 nm和20 nm (7]。

Ruirui et al。67年准备一个异质结复合材料(g c₃N₄/ TiO₂)与最大表面积通过水热过程之后,与使用四氯化钛(TiCl煅烧₄)和三聚氰胺作为前体。这种半导体催化剂异质结复合材料准备让可见光活性对环境污染物的降解。在盐酸作为一个质子源酸化三聚氰胺。这种异质结复合材料表现出高的光催化性能所以由于高催化活性高特定(超高)外部环境和能源领域的应用。在(002)和(100)飞机(JCPDS no.87 - 1526),主要衍射峰在27.7和13.2中被发现。根据谢瑞方程的微晶尺寸的锐钛矿相被延长(101)峰的价值。

哈米德et al。68年首先TiO合成₂纳米线由碱性热液过程然后的混合热液和照片沉积技术两个新颖的论文准备如Gr / Pd / TiO₂nps和Gr / Pd / TiO₂拥有核武器的国家。最后,准备样本分类的XRD、ir、SEM、DRS, TEM, ICP-OES、EDS和TGA分析。从反馈表明,制备复合材料(Gr / Pd / TiO₂nws和Gr / Pd / TiO₂nps)由于高催化活性最高获得TiO的表面积₂与过度回收潜力和稳定在5离职周期。

Asghar et al。69年合成三元纳米复合材料(PbSe-Gr-TiO₂)使用超声波降解法方法通过加载6%去更高效的光催化活性反应48小时后所需的时间。准备三元纳米复合材料的光催化活性进行了测试,减少有限公司₂成有用的碳氢化合物如CH₄,CH₃哦等等。最后,我们是制备纳米复合材料通过XRD、SEM、拉曼、HRTEM和DRS技术。这所有的工作已经做了改善石墨烯TiO的输出₂论文的。

非金属掺杂改性

剑et al。70年]合成C-doped TiO₂(C-TiO₂)单晶纳米棒使用CPS / TiO温和的水热法₂作为碳源和TiO的先例₂纳米棒来改善接触概率和形成C-TiO的可雷竞技网页版能性₂单晶。阳离子聚苯乙烯球(CPS)由热液反应我们所做的在N2气氛中热解450 CPS的最终产品。最后,准备样品(C-TiO₂)通过SEM, TEM,茎映射、紫外可见光谱、XRD和XPS。因此,C-TiO₂纳米棒为可见光照射那么活跃显示可见光的光催化效率等许多有机污染物的降解亚甲基蓝,罗丹明B和p -硝基苯酚。

Chang-gen et al。71年H)合成₃PW₁₂O₄₀/ TiO₂纳米催化剂TiO的一步水热法或修改₂与磷钨酸(H₃PW₁₂O₄₀)。准备的样本的特征红外光谱,x射线衍射、氮吸附和解吸方法和SEM。直径和法制备的催化剂的比表面积3.8 nm和177.9米²/ g。最后,我们发现,H₃PW₁₂O₄₀TiO₂论文由水热方法非常合适,有较高的光催化活性。检查光催化活性,我们利用H₃PW₁₂O₄₀/ TiO₂消毒甲基橙。一些研究人员被加载H提高催化剂的效率₃PW₁₂O₄₀TiO的表面上₂采用浸渍法(72年]。

未来的展望和总结

在这种类型的评审,修改TiO系统的最新进展₂减少公司已经做了什么₂成有用的燃料利用保留反应堆。化学和材料科学TiO的修改₂是迈向成功的与日俱增。TiO₂修改了许多技术导致这TiO进行修改₂积极为可见阳光减少二氧化碳(有限公司₂)转化为燃料。由于TiO的修改₂几个优点和缺点。减少公司的关键调查₂关注整体所需的光催化反应的效率。关于TiO的详细研究₂需要充分重视。TiO广泛实际应用的修改₂回收利用是至关重要的。为了达到高水平的效率TiO₂修改是必要的。有效的角色是由氧化还原电位和电子密度TiO的表面₂找出proteolytically公司的最终产品₂减少对有用的碳氢化合物。

以总结形式,除了之前的插图TiO的修改₂尚未完全解释转换的公司吗₂成有用的产品,但它应该是对未来技术的发展更有帮助。此外,修改后的TiO₂将大大有助于实现由转换公司最大的反馈₂为有用的产品。

确认

这项研究受到了Gujrat大学哈菲兹是,主校区。作者要感谢支持期间完成的研究工作。

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