γ-ray induced formation of oxygen vacancies and Ti3+ defects in anatase TiO2 for efficient photocatalytic organic pollutant degradation

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作者
Caifeng Zhao,Hao Jiang,Lin Luo,Sai Shao,Yiji Zhou,Ying Shao,Faqi Zhan,Jian Yang,Yaoyu Zhou
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:747: 141533-141533 被引量:69
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2020.141533
摘要

Oxygen vacancies and Ti3+ defects in anatase TiO2 have attracted great attention to address the insufficient optical absorption and photoinduced charge-carrier separation in photocatalysis. In this study, we demonstrate a superficial and innovative approach for synthesizing anatase TiO2 nanoparticles with abundant oxygen vacancies via γ-ray irradiation reduction at room temperature. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and electron paramagnetic resonance (EPR) confirm that oxygen vacancies and Ti3+ defects can be quantitatively and extensively obtained by merely regulating the irradiation dosage. Photoelectrochemical measurements suggest that oxygen vacancies and Ti3+ defects promoted the separation of electron-hole pairs and then enhanced the photocatalytic degradation performance for organic pollutant. In comparison with TiO2 (no irradiation), the sample (49.5 kGy irradiation) exhibited a 20.0-fold enhancement in visible-light decomposition of phenol. In addition, the results of scavenge experiments and mechanism analysis revealed that O2- are the dominant active species. The excited electrons generated at the conduction band and oxygen vacancy level of TiO2-x-49.5 conspicuously contributes to generate much more ·O2- species. This novel study shows at room temperature, the γ-ray approach of irradiation leads to faster formation and quantification of oxygen vacancies in the semiconductor materials.
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