DFT and experimental study on visible-light driven photocatalysis of rare-earth-doped TiO2

光催化 兴奋剂 可见光谱 材料科学 稀土 密度泛函理论 离域电子 带隙 光化学 载流子 吸收(声学) 光电子学 化学 计算化学 冶金 有机化学 催化作用 复合材料 生物化学
作者
Xiaoyu Tang,Qian Xue,Xueqiang Qi,Chen Cheng,Mingyuan Yang,Tingting Yang,Chen Feng,Facheng Qiu,Xuejun Quan
出处
期刊:Vacuum [Elsevier]
卷期号:200: 110972-110972 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.vacuum.2022.110972
摘要

Visible-light driven photocatalysis of Rare-earth-doped TiO2 (RE-doped TiO2) was studied by means of density functional theory (DFT) and experiments. The band structure, density of states and difference electron density maps were calculated with DFT methods to predict the photocatalytic activity for RE-doped TiO2. The built-in electric field inhibiting the recombination of electrons and holes in Gd-doped TiO2 formed can be observed. Subsequently, the activities of these photocatalysts were evaluated, and the result indicated that Gd-doped TiO2 perform the highest photocatalytic activity, which was consistent with the theoretical prediction. In particular, the degradation efficiency of methylene blue (MB) exceeded 90% under a visible light of 405 nm wavelength within 10 min, when the content of Gd in Gd-doped TiO2 was 5 wt%. Consequently, the results indicated that enhanced photocatalytic activity was achieved at Gd modified TiO2 which mainly attributed to synergic-effect of suppressed recombination of charge-carriers, higher surface-area, optimum doping contents and extended towards visible-light absorption region.
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