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Iron(III)-doped Q-sized TiO2 coatings in a fiber-optic cable photochemical reactor

材料科学 涂层 光催化 纤维 浸涂 光纤 可见光谱 兴奋剂 吸收(声学) 化学工程 复合材料 光电子学 光学 催化作用 化学 有机化学 工程类 物理
作者
Nicola J. Peill,Lisa Bourne,Michael R. Hoffmann
出处
期刊:Journal of Photochemistry and Photobiology A-chemistry [Elsevier]
卷期号:108 (2-3): 221-228 被引量:37
标识
DOI:10.1016/s1010-6030(97)00018-x
摘要

The photochemical quantum efficiencies and oxidation performance of iron(III)-doped quantum-sized TiO2 (Fe/Q-TiO2), Degussa P25 (P25), and hybrid Fe/Q-TiO2/P25 photocatalytic coatings are investigated using an optical fiber bundled array reactor. Fe/Q-TiO2 coatings made from hydrosols of varying Fe/Q-TiO2 content, 5–20 wt.%, a 13 wt.% P25 coating, and a hybrid, layered Fe/Q-TiO2/P25 (5/13 wt.%) coating are tested. The light absorption efficiencies of the Fe/Q-TiO2 coatings are inferior to the P25 coating, absorbing a maximum of only 80% of the input light compared with greater than 95% for P25 and 90% for the hybrid coating. The Fe/Q-TiO2 coatings are found to increase the linear light transmission in a single optical fiber relative to P25 coated fibers by a factor of two owing to a reduced interfacial surface coverage of the photocatalyst particles on the quartz fiber. The hybrid coating does not significantly enhance linear light transmission. Slurry-phase photoefficiencies for the photooxidation of 4-chlorophenol for the Fe/Q-TiO2 photocatalyst are found to be significantly lower than those measured for P25, φFe/Q-TiO2 = 0.002 vs. φP25 = 0.012. In addition, the length of the coated fiber-bundle used in our reactor is insufficient to capitalize on the increased light transmission for the Fe/Q-TiO2 coating. Thus, we are unable to investigate the effect of increased light transmission on the photoefficiency of the system. Initial reaction rates for the photooxidation of 4-chlorophenol range from 2.0 to 4.5 μM h−1 generally increasing with increasing hydrosol Fe/Q-TiO2 content and an average relative quantum efficiency of φFe/Q-TiO2 = 0.004 ± 0.001 is observed. These values are significantly low compared with initial rates and relative quantum efficiencies of 18.0 μM h−1, and φFe/Q-TiO2/P25 = 0.011 and 20.4 μM h−1 and φP25 = 0.012 for the hybrid and P25 coatings, respectively.
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