CO在金属掺杂TiO2纳米管阵列中的吸附及氧化

董华青 潘西 谢琴 孟强强 高建荣 王建国

引用本文: 董华青, 潘西, 谢琴, 孟强强, 高建荣, 王建国. CO在金属掺杂TiO2纳米管阵列中的吸附及氧化[J]. 物理化学学报, 2012, 28(01): 44-50. doi: 10.3866/PKU.WHXB20122844 shu
Citation:  DONG Hua-Qing, PAN Xi, XIE Qin, MENG Qiang-Qiang, GAO Jian-Rong, WANG Jian-Guo. CO Adsorption and Oxidation on Metal-Doped TiO2 Nanotube Arrays[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2012, 28(01): 44-50. doi: 10.3866/PKU.WHXB20122844 shu

CO在金属掺杂TiO2纳米管阵列中的吸附及氧化

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(20906081) (20906081)

    浙江省自然科学基金(R4110345)资助项目 (R4110345)

摘要: 采用密度泛函理论(DFT)研究了五种不同金属元素V、Cr、Pd、Pt、Au 掺杂二氧化钛纳米管阵列(TNTAs)的性质以及CO在这些二氧化钛纳米管阵列中的吸附和氧化. 结果表明: 金属的掺杂使TNTAs的带隙减小; 弱吸附的CO能够和二氧化钛纳米管阵列中的晶格氧通过氧化还原机理生成CO2, 这可归因于纳米管阵列的限域效应和金属元素的掺杂. 合适的金属掺杂能促进CO氧化, 除Cr 以外的金属元素的掺杂降低了CO氧化的活化能垒, 特别是Pd或Au的掺杂使能垒降低最为明显. 贵金属元素Pd或Au掺杂TiO2纳米管阵列具有优良的光催化性能, 可用于CO的低温氧化催化剂.

English

    1. [1]

      (1) Hoffman, M. R.; Martin, S. T.; Choi,W.; Bahnemann, D.W.Chem. Rev. 1995, 95 (1), 69.(1) Hoffman, M. R.; Martin, S. T.; Choi,W.; Bahnemann, D.W.Chem. Rev. 1995, 95 (1), 69.

    2. [2]

      (2) Tachikawa, T.; Tojo, S.; Fujitsuka, M.; Majima,T. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 11054.  (2) Tachikawa, T.; Tojo, S.; Fujitsuka, M.; Majima,T. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 11054.  

    3. [3]

      (3) Macak, J. M.; Tsuchiya, H.; Schmuki, P. Angew. Chem. Int. Edit.2005, 44, 2100.  (3) Macak, J. M.; Tsuchiya, H.; Schmuki, P. Angew. Chem. Int. Edit.2005, 44, 2100.  

    4. [4]

      (4) Ivanovskaya, V. V.; Enyashin, A. N.; Ivanovskii, A. L.Mendeleev Commun. 2003, 13 (1), 5.(4) Ivanovskaya, V. V.; Enyashin, A. N.; Ivanovskii, A. L.Mendeleev Commun. 2003, 13 (1), 5.

    5. [5]

      (5) Grätzel, M. Nature 2001, 414, 338.  (5) Grätzel, M. Nature 2001, 414, 338.  

    6. [6]

      (6) Zhu, K.; Neale, N. R.; Miedaner, A.; Frank, A. J. Nano Lett.2007, 7 (1), 69.(6) Zhu, K.; Neale, N. R.; Miedaner, A.; Frank, A. J. Nano Lett.2007, 7 (1), 69.

    7. [7]

      (7) Varghese, O. K.; ng, D.; Paulose, M.; Ong, K. G.; Dickey, E.C.; Grimes, C. A. Adv. Mater. 2003, 15, 624.  (7) Varghese, O. K.; ng, D.; Paulose, M.; Ong, K. G.; Dickey, E.C.; Grimes, C. A. Adv. Mater. 2003, 15, 624.  

    8. [8]

      (8) Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37.  (8) Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37.  

    9. [9]

      (9) Rivera A. P.; Tanaka K.; Hisanaga T. Appl. Catal. B 1993, 3 (1),37.(9) Rivera A. P.; Tanaka K.; Hisanaga T. Appl. Catal. B 1993, 3 (1),37.

    10. [10]

      (10) ng, D.; Grimes, C. A.; Varghese, O. K.; Hu,W. C.; Singh, R.S.; Chen, Z.; Dickey, E. C. J. Mater. Res. 2001, 16, 3331.  (10) ng, D.; Grimes, C. A.; Varghese, O. K.; Hu,W. C.; Singh, R.S.; Chen, Z.; Dickey, E. C. J. Mater. Res. 2001, 16, 3331.  

    11. [11]

      (11) Chien, S. H.; Liou, Y. C.; Kuo, M. C. Synth. Met. 2005, 152, 333.  (11) Chien, S. H.; Liou, Y. C.; Kuo, M. C. Synth. Met. 2005, 152, 333.  

    12. [12]

      (12) Idakiev, V.; Yuan, Z. Y.; Tabakova, T.; Su, B. L. Appl. Catal. A2005, 281, 149.  (12) Idakiev, V.; Yuan, Z. Y.; Tabakova, T.; Su, B. L. Appl. Catal. A2005, 281, 149.  

    13. [13]

      (13) Bavykin, D. V.; Lapkin, A. A.; Plucinski, P. K.; Friedrich, J. M.;Walsh, F. C. J. Catal. 2005, 235, 10.  (13) Bavykin, D. V.; Lapkin, A. A.; Plucinski, P. K.; Friedrich, J. M.;Walsh, F. C. J. Catal. 2005, 235, 10.  

    14. [14]

      (14) Tsai, C. C.; Teng, H. Chem. Mater. 2004, 16, 4352.  (14) Tsai, C. C.; Teng, H. Chem. Mater. 2004, 16, 4352.  

    15. [15]

      (15) Zhu, B.; Guo, Q.; Huang, X.;Wang, S.; Zhang, S.;Wu, S.;Huang,W. J. Mol. Catal. A 2006, 249, 211.  (15) Zhu, B.; Guo, Q.; Huang, X.;Wang, S.; Zhang, S.;Wu, S.;Huang,W. J. Mol. Catal. A 2006, 249, 211.  

    16. [16]

      (16) Enyashin, A. N.; Seifert, G. Phys. Stat. Sol. B 2005, 242, 1361.  (16) Enyashin, A. N.; Seifert, G. Phys. Stat. Sol. B 2005, 242, 1361.  

    17. [17]

      (17) Akpan, U. G.; Hameed, B. H. Appl. Catal. A 2010, 375 (1), 1.(17) Akpan, U. G.; Hameed, B. H. Appl. Catal. A 2010, 375 (1), 1.

    18. [18]

      (18) Ishitani, O.; Inoue, C.; Suzuki, Y.; Ibusuki, T. J. Photochem. Photobiol. A- Chem. 1993, 72, 269.  (18) Ishitani, O.; Inoue, C.; Suzuki, Y.; Ibusuki, T. J. Photochem. Photobiol. A- Chem. 1993, 72, 269.  

    19. [19]

      (19) Linsebigler, A. L.; Lu, G.; Yates, J. T., Jr. Chem. Rev. 1995, 95,735.  (19) Linsebigler, A. L.; Lu, G.; Yates, J. T., Jr. Chem. Rev. 1995, 95,735.  

    20. [20]

      (20) Murruni, L.; Leyva, G.; Litter, M. I. Catal. Today 2007, 129,127.  (20) Murruni, L.; Leyva, G.; Litter, M. I. Catal. Today 2007, 129,127.  

    21. [21]

      (21) Min, B. K.; Friend, C. M. Chem. Rev. 2007, 107, 2709.  (21) Min, B. K.; Friend, C. M. Chem. Rev. 2007, 107, 2709.  

    22. [22]

      (22) Campbell, C. T. Science 2004, 306, 234.  (22) Campbell, C. T. Science 2004, 306, 234.  

    23. [23]

      (23) Corti, C.W.; Holliday, R. J.; Thompson, D. T. Appl. Catal. A2005, 291, 253.  (23) Corti, C.W.; Holliday, R. J.; Thompson, D. T. Appl. Catal. A2005, 291, 253.  

    24. [24]

      (24) Haruta, M.; Yamada, N.; Kobayashi, T.; Iijima, S. J. Catal.1989, 115, 301.  (24) Haruta, M.; Yamada, N.; Kobayashi, T.; Iijima, S. J. Catal.1989, 115, 301.  

    25. [25]

      (25) An,W.; Pei, Y.; Zeng, X. C. Nano Lett. 2008, 8 (1), 195.(25) An,W.; Pei, Y.; Zeng, X. C. Nano Lett. 2008, 8 (1), 195.

    26. [26]

      (26) Einaga, H.; Harada, M.; Futamura, S.; Ibusuki, T. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 9290.  (26) Einaga, H.; Harada, M.; Futamura, S.; Ibusuki, T. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 9290.  

    27. [27]

      (27) Vorontsov, A. V.; Savinov, E. N.; Barannik, G. B.; Troitsky, V.N.; Parmon, V. N. Catal. Today 1997, 39, 207.  (27) Vorontsov, A. V.; Savinov, E. N.; Barannik, G. B.; Troitsky, V.N.; Parmon, V. N. Catal. Today 1997, 39, 207.  

    28. [28]

      (28) Zhang, M.; Jin, Z. S.;Wang, S. B.; Zhang, S. L.; Zhang, Z. J.Acta Phys. -Chim. Sin. 2003, 19, 100.(28) Zhang, M.; Jin, Z. S.;Wang, S. B.; Zhang, S. L.; Zhang, Z. J.Acta Phys. -Chim. Sin. 2003, 19, 100.

    29. [29]

      (29) Valden, M.; Lai, X.; odman, D.W. Science 1998, 281, 1647.  (29) Valden, M.; Lai, X.; odman, D.W. Science 1998, 281, 1647.  

    30. [30]

      (30) Boccuzzi, F.; Chiorino, A.; Manzoli, M.; Lu, P.; Akita, T.;Ichikawa, S.; Haruta, M. J. Catal. 2001, 202, 256.  (30) Boccuzzi, F.; Chiorino, A.; Manzoli, M.; Lu, P.; Akita, T.;Ichikawa, S.; Haruta, M. J. Catal. 2001, 202, 256.  

    31. [31]

      (31) Chen, M. S.; odman, D.W. Science 2004, 306, 252.  (31) Chen, M. S.; odman, D.W. Science 2004, 306, 252.  

    32. [32]

      (32) Chen, M.; Cai, Y.; Yan, Z.; odman, D.W. J. Am. Chem. Soc.2006, 128, 6341.  (32) Chen, M.; Cai, Y.; Yan, Z.; odman, D.W. J. Am. Chem. Soc.2006, 128, 6341.  

    33. [33]

      (33) Vesborg, P. C. K.; In S. I.; Olsen, J. L.; Henriksen, T. R.;Abrams, B. L.; Hou, Y.; Kleiman-Shwarsctein, A.; Hansen, O.;Chorkendorff, I. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 11162.(33) Vesborg, P. C. K.; In S. I.; Olsen, J. L.; Henriksen, T. R.;Abrams, B. L.; Hou, Y.; Kleiman-Shwarsctein, A.; Hansen, O.;Chorkendorff, I. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 11162.

    34. [34]

      (34) Liu, Y. L.; You, C. R.; Li, Y.; He, T.; Zhang, X. Q.; Suo Z. H.Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 2455. [刘玉良, 由翠荣, 李杨, 何涛, 张香芹, 索掌怀. 物理化学学报, 2010, 26, 2455.](34) Liu, Y. L.; You, C. R.; Li, Y.; He, T.; Zhang, X. Q.; Suo Z. H.Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 2455. [刘玉良, 由翠荣, 李杨, 何涛, 张香芹, 索掌怀. 物理化学学报, 2010, 26, 2455.]

    35. [35]

      (35) Yu, J.;Wu, G. S.; Mao, D. S.; Lu, G. Z. Acta Phys. -Chim. Sin.2008, 24, 1751. [俞俊,吴贵升,毛东森,卢冠忠.物理化学学报, 2008, 24, 1751.]  (35) Yu, J.;Wu, G. S.; Mao, D. S.; Lu, G. Z. Acta Phys. -Chim. Sin.2008, 24, 1751. [俞俊,吴贵升,毛东森,卢冠忠.物理化学学报, 2008, 24, 1751.]  

    36. [36]

      (36) Ntho, T. A.; Anderson, J. A.; Scurrell, M. S. J. Catal. 2009, 261,94.(36) Ntho, T. A.; Anderson, J. A.; Scurrell, M. S. J. Catal. 2009, 261,94.

    37. [37]

      (37) Akita, T.; Okumura, M.; Tanaka, K.; Ohkuma, K.; Kohyama,M.; Koyanagi, T.; Date, M.; Tsubota, S.; Haruta, M. Surf. Interface Anal. 2005, 37, 265.  (37) Akita, T.; Okumura, M.; Tanaka, K.; Ohkuma, K.; Kohyama,M.; Koyanagi, T.; Date, M.; Tsubota, S.; Haruta, M. Surf. Interface Anal. 2005, 37, 265.  

    38. [38]

      (38) Meng, Q. Q.;Wang, J. G.; Xie, Q.; Li, X. N. J. Phys. Chem. C2010, 114, 9251.(38) Meng, Q. Q.;Wang, J. G.; Xie, Q.; Li, X. N. J. Phys. Chem. C2010, 114, 9251.

    39. [39]

      (39) Meng, Q. Q.;Wang, J. G.; Xie, Q.; Dong, H. Q.; Li, X. N. Catal.Today 2011, 165, 145.(39) Meng, Q. Q.;Wang, J. G.; Xie, Q.; Dong, H. Q.; Li, X. N. Catal.Today 2011, 165, 145.

    40. [40]

      (40) Su, Y.; Meng, Q. Q.;Wang, J. G. J. Phys. Chem. C 2009, 113,21338.(40) Su, Y.; Meng, Q. Q.;Wang, J. G. J. Phys. Chem. C 2009, 113,21338.

    41. [41]

      (41) Delley, B. J. Chem. Phys. 1990, 92 (1), 508.(41) Delley, B. J. Chem. Phys. 1990, 92 (1), 508.

    42. [42]

      (42) Delley, B. J. Chem. Phys. 2000, 113, 7756.  (42) Delley, B. J. Chem. Phys. 2000, 113, 7756.  

    43. [43]

      (43) Perfew, J. P.;Wang, Y. Phys . Rev. B. 1992, 45, 13244.  (43) Perfew, J. P.;Wang, Y. Phys . Rev. B. 1992, 45, 13244.  

    44. [44]

      (44) Yang, K. S.; Dai, Y.; Huang, B. B.; Whangbo, M. H. Chem. Mater. 2008, 20, 6528.  (44) Yang, K. S.; Dai, Y.; Huang, B. B.; Whangbo, M. H. Chem. Mater. 2008, 20, 6528.  

    45. [45]

      (45) Le, L. C.; Ma, X. G.; Tang, H.;Wang, Y.; Li, X.; Jiang, J. J. Acta Phys. Sin. 2010, 59, 1314. [乐伶聪, 马新国, 唐豪, 王扬,李翔, 江建军. 物理学报, 2010, 59, 1314.](45) Le, L. C.; Ma, X. G.; Tang, H.;Wang, Y.; Li, X.; Jiang, J. J. Acta Phys. Sin. 2010, 59, 1314. [乐伶聪, 马新国, 唐豪, 王扬,李翔, 江建军. 物理学报, 2010, 59, 1314.]

    46. [46]

      (46) Yao, Y. B.; Xie, T.; Gao, Y. M. Handbook of Physical Chemistry; Shanghai Science and Technology Press: Shanghai,1985; pp 99-104. [姚允斌, 解涛, 高英敏. 物理化学手册.上海: 上海科学技术出版社, 1985: 99-104.](46) Yao, Y. B.; Xie, T.; Gao, Y. M. Handbook of Physical Chemistry; Shanghai Science and Technology Press: Shanghai,1985; pp 99-104. [姚允斌, 解涛, 高英敏. 物理化学手册.上海: 上海科学技术出版社, 1985: 99-104.]

    47. [47]

      (47) Xu, L.; Tang, C. Q.; Huang, Z. B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010,26, 1401. [徐凌, 唐超群, 黄宗斌. 物理化学学报, 2010,26, 1401.](47) Xu, L.; Tang, C. Q.; Huang, Z. B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010,26, 1401. [徐凌, 唐超群, 黄宗斌. 物理化学学报, 2010,26, 1401.]

    48. [48]

      (48) Ghicov, A.; Schmidt, B.; Kunze, J.; Schmuki, P. Chem. Phys. Lett. 2007, 433, 323.(48) Ghicov, A.; Schmidt, B.; Kunze, J.; Schmuki, P. Chem. Phys. Lett. 2007, 433, 323.

    49. [49]

      (49) Yang, K.; Dai, Y.; Huang, B. ChemPhysChem 2009, 10, 2327.  (49) Yang, K.; Dai, Y.; Huang, B. ChemPhysChem 2009, 10, 2327.  

    50. [50]

      (50) Lide, D. R. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 76th ed.;CRC Press: New York, 1996.(50) Lide, D. R. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 76th ed.;CRC Press: New York, 1996.

    51. [51]

      (51) Pala, R. G. S.; Metiu, H. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 8617.  (51) Pala, R. G. S.; Metiu, H. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 8617.  

    52. [52]

      (52) Mars, P.; van Krevelen, P.W. Chem. Eng. Sci. 1954, 3, 41.  (52) Mars, P.; van Krevelen, P.W. Chem. Eng. Sci. 1954, 3, 41.  

    53. [53]

      (53) Chretien, S.; Metiu, H. Catal. Lett. 2006, 107, 143.  (53) Chretien, S.; Metiu, H. Catal. Lett. 2006, 107, 143.  

    54. [54]

      (54) Mguig, B.; Calatayud, M.; Minot, C. J. Mol. Struct. -Theochem2004, 709, 73.  (54) Mguig, B.; Calatayud, M.; Minot, C. J. Mol. Struct. -Theochem2004, 709, 73.  

    55. [55]

      (55) Wang, Z.; Zhao, Y.; Cui, X.; Tan, S.; Zhao, A.;Wang, B.; Yang,J.; Hou, J. G. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 18222.  (55) Wang, Z.; Zhao, Y.; Cui, X.; Tan, S.; Zhao, A.;Wang, B.; Yang,J.; Hou, J. G. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 18222.  

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1299
  • 文章访问数:  3011
  • HTML全文浏览量:  5
文章相关
  • 发布日期:  2011-12-29
  • 收稿日期:  2011-09-06
  • 网络出版日期:  2011-10-28
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章