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Strong Metal–Support Interactions in Cu(I)-Dark TiO2 Nanoscale Photocatalysts Prepared by Pulsed Laser Ablation for Hydrogen Evolution Reaction

纳米尺度 材料科学 激光烧蚀 烧蚀 金属 纳米技术 化学工程 激光器 光化学 光学 化学 冶金 物理 工程类 航空航天工程 有机化学
作者
Olesya A. Reutova,Elena D. Fakhrutdinova,Daria A. Goncharova,Andrey I. Stadnichenko,Olga A. Stonkus,Tamara Kharlamova,В. А. Светличный,O. V. Vodyankina
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (14): 17062-17073
标识
DOI:10.1021/acsanm.4c03268
摘要

In the present work, the highly effective nanoscale Cu-modified dark TiO2 photocatalysts for hydrogen evolution reactions are prepared by pulsed laser ablation with and without additional laser treatment (ALT). Transmission electron microscopy HR results show that copper is distributed along the dark titania surface both in the form of subnanometer oxide clusters and single atoms (SAs). After the ALT, the Cu dispersion increases, and a large number of SAs appear. The X-ray photoelectron spectroscopy data indicate that the increasing copper content as well as the ALT lead to an increase in the surface Ti3+ content. Copper on the surface exists in the Cu+ state, which is associated with the strong metal–support interaction (SMSI) effect between the defective TiO2 support and a SA/subnanometer cluster of copper. Photocatalytic activity of nanoscale Cu-modified dark TiO2 is studied in the hydrogen evolution from aqueous glycerol solution under irradiation with light-emitting diodes (LEDs) 375 (soft ultraviolet) and LED 410 (visible region). In all cases, the modification of the surface with copper significantly increases the hydrogen yield in both the UV and visible regions. The ALT also leads to an increase in the photocatalytic activity of materials due to an increase in the SMSI between copper species and the surface of the dark TiO2. For the process of photocatalytic hydrogen evolution, a mechanism is proposed, and the products of glycerol photooxidation are identified.
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