Defect-Mediated Growth of Noble-Metal (Ag, Pt, and Pd) Nanoparticles on TiO2 with Oxygen Vacancies for Photocatalytic Redox Reactions under Visible Light

贵金属 光催化 可见光谱 材料科学 光化学 氧化还原 纳米颗粒 氧气 催化作用 金属 载流子 无机化学 化学 纳米技术 光电子学 有机化学 冶金
作者
Xiaoyang Pan,Yi‐Jun Xu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:117 (35): 17996-18005 被引量:290
标识
DOI:10.1021/jp4064802
摘要

A synergistic strategy involving oxygen-vacancy generation and noble-metal deposition is developed to improve the photocatalytic performance of TiO2 under visible-light irradiation. Through a redox reaction between the reductive TiO2 with oxygen vacancies (TiO2-OV) and metal salt precursors, noble-metal nanoparticles (Ag, Pt, and Pd) are uniformly deposited on the defective TiO2-OV surface in the absence of any reducing agents or stabilizing ligands. The resulting M-TiO2-OV (M = Ag, Pt, and Pd) nanocomposites are used as visible-light-driven photocatalysts for selective oxidation of benzyl alcohol and reduction of heavy metal ions Cr(VI). The results show that the oxygen vacancy creation obviously enhances the visible-light absorption of semiconductor TiO2. Meanwhile, the noble-metal deposition can effectively improve charge-separation efficiency of TiO2-OV under visible-light irradiation, thereby enhancing the photoactivity. In particular, Pd-TiO2-OV, having the average Pd particle size of 2 nm, shows the highest visible-light photoactivity, which can be attributed to the more efficient charge-carrier separation of Pd-TiO2-OV than Ag-TiO2-OV and Pt-TiO2-OV. The possible reaction mechanism for photocatalytic selective oxidation of benzyl alcohol and reduction of Cr(VI) over M-TiO2-OV (M = Ag, Pt, and Pd) has also been studied. It is hoped that our work could offer a simple strategy on fabricating defect-based nanostructures and their applications in solar energy conversion.
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