Citation: Yongqiang Yang, Yuyang Kang, Gang Liu, Hui-Ming Cheng. Homogeneous boron doping in a TiO2 shell supported on a TiB2 core for enhanced photocatalytic water oxidation[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(3): 431-437. doi: 10.1016/S1872-2067(18)63043-8
TiB2/均相硼掺杂TiO2核/壳结构提升光催化氧化水产氧活性
我们组的前期工作表明，以TiB2作为前驱体，采用水热合成和焙烧两步法可制备出间隙硼掺杂的金红石相或锐钛矿相TiO2，间隙硼掺杂可显著降低价带顶，提升光催化氧化水产氧性能.然而，在已有的结果中，间隙硼掺杂浓度在TiO2中均呈现从内向外逐渐增加的梯度分布，这意味着硼掺杂浓度有限，且表层更低的价带顶不利于体相光生空穴向表面迁移，因此亟需实现TiO2中均相的间隙硼掺杂.
本文以湿化的氩气为水解环境，将水解过程限域在TiB2的表面以减少硼原子流失；同时提高水解温度，使残留的硼原子形成间隙掺杂，避免其在二次焙烧时扩散，从而在TiB2核的表面所形成的TiO2壳层中实现均相间隙硼掺杂，显著提高了光催化氧化水产氧活性.多种表征结果表明，直径约为6-10 μm的TiB2核表面形成了厚约400 nm的TiO2壳层，在TiO2/TiB2中TiO2壳层重量比约为30%，TiO2壳层中锐钛矿相TiO2占比为65 wt%，金红石相TiO2占比为35 wt%.TiO2壳层中间隙硼为均相分布，硼掺杂显著降低了价带顶位置，提高了光生空穴的氧化能力，从而使得TiB2/TiO2展现出比未掺杂的金红石、锐钛矿相及两者混合相的TiO2均具有更高的光催化氧化水产氧的能力.
English
Homogeneous boron doping in a TiO2 shell supported on a TiB2 core for enhanced photocatalytic water oxidation
-
Key words:
- Photocatalysis
- / O2 evolution
- / TiO2
- / Homogenous doping
-
-
[1] K. Z. Qi, B. Cheng, J. G. Yu, W. Ho, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1936-1955.
-
[2] Y. J. Ma, Z. M. Wang, X. F. Xu, J. Y. Wang, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1956-1969.
-
[3] C. Liu, F. Raziq, Z. J. Li, Y. Qu, A. Zada, L. Q. Jing, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1072-1078.
-
[4] A. Kudo, Y. Miseki, Chem. Soc. Rev., 2009, 38, 253-278.
-
[5] S. N. Habisreutinger, L. Schmidt-Mende, J. K. Stolarczyk, Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 7372-7408.
-
[6] M. W. Kanan, D. G. Nocera, Science, 2008, 321, 1072-1075.
-
[7] Q. S. Yin, J. M. Tan, C. Besson, Y. V. Geletii, D. G. Musaev, A. E. Kuznetsov, Z. Luo, K. I. Hardcastle, C. L. Hill, Science, 2010, 328, 342-345.
-
[8] J. Suntivich, K. J. May, H. A. Gasteiger, J. B. Goodenough, Y. Shao-Horn, Science, 2011, 334, 1383-1385.
-
[9] A. Valdes, Z. W. Qu, G. J. Kroes, J. Rossmeisl, J. K. Norskov, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 9872-9879.
-
[10] Y. Q. Yang, G. Liu, J. T. S. Irvine, H. M. Cheng, Adv. Mater., 2016, 28, 5850-5856.
-
[11] H. Li, J. Shang, H. J. Zhu, Z. P. Yang, Z. H. Ai, L. Z. Zhang, ACS Catal., 2016, 6, 8276-8285.
-
[12] J. Q. Yan, Y. X. Zhang, S. Z. Liu, G. J. Wu, L. D. Li, N. J. Guan, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 21434-21438.
-
[13] H. Sheng, H. N. Zhang, W. J. Song, H. W. Ji, W. H. Ma, C. C. Chen, J. C. Zhao, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 5905-5909.
-
[14] G. Liu, J. Pan, L. C. Yin, J. T. S. Irvine, F. Li, J. Tan, P. Wormald, H. M. Cheng, Adv. Funct. Mater., 2012, 22, 3233-3238.
-
[15] T. T. Wu, Y. P. Xie, L. C. Yin, G. Liu, H. M. Cheng, J. Phys. Chem. C, 2015,119, 84-89.
-
[16] G. Liu, L. Z. Wang, C. H. Sun, X. X. Yan, X. W. Wang, Z. G. Chen, S. C. Smith, H. M. Cheng, G. Q. Lu, Chem. Mater., 2009, 21, 1266-1274.
-
[17] G. Liu, P. Niu, L. Z. Wang, G. Q. Lu, H. M. Cheng, Catal. Sci. Technol., 2011, 1, 222-225.
-
[18] G. Liu, P. Niu, C. H. Sun, S. C. Smith, Z. G. Chen, G. Q. Lu, H. M. Cheng, J. Am. Chem. Soc., 2010,132, 11642-11648.
-
[19] P. Niu, L. C. Yin, Y. Q. Yang, G. Liu, H. M. Cheng, Adv. Mater., 2014, 26, 8046-8052.
-
[20] Y. Q. Yang, C. H. Sun, L. Z. Wang, Z. B. Liu, G. Liu, X. L. Ma, H. M. Cheng, Adv. Energy Mater., 2014, 4, 1400057/1-1400057/7.
-
[21] G. M. Wang, H. Y. Wang, Y. C. Ling, Y. C. Tang, X. Y. Yang, R. C. Fitzmorris, C. Wang, J. Z. Zhang, Y. Li, Nano Lett., 2011, 11, 3026-3033.
-
[22] S. Kurian, H. Seo, H. Jeon, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 16811-16819.
-
[23] L. Shang, B. A. Tong, H. J. Yu, G. I. N. Waterhouse, C. Zhou, Y. F. Zhao, M. Tahir, L. Z. Wu, C. H. Tung, T. R. Zhang, Adv. Energy Mater., 2016, 6,1501241.
-
[24] E. Finazzi, C. Di Valentin, G. Pacchioni, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 220-228.
-
[25] G. Liu, H. G. Yang, X. W. Wang, L. N. Cheng, H. F. Lu, L. Z. Wang, G. Q. Lu, H. M. Cheng, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 21784-21788.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 4
- 文章访问数: 1358
- HTML全文浏览量: 30
下载:
