Способи підвищення ефективності фотокаталізаторів на основі ТіО2 (огляд)

Автор(и)

  • І.Ф. Миронюк ДВНЗ “Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника”
  • Л.М. Солтис ДВНЗ “Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника”
  • Т.Р. Татарчук ДВНЗ «Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника»
  • В.І. Цінурчин ДВНЗ “Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника”

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.21.2.300-311

Ключові слова:

титан діоксид, фотокаталіз, деградація, фотокаталітична активність, допування

Анотація

Забруднювачі води та повітря створюють значну екологічну проблему навколишнього середовища по всьому світу і фотокаталіз є одним з методів вирішення цього глобального питання. Фотокаталітична деградація токсичних речовин під впливом видимого електромагнітного випромінювання широко застосовується для очищення стічних вод. Найперспективнішим методом видалення полютантів є використання фотокаталізаторів на основі титан(IV) оксиду, які визнані одними з найефективніших завдяки хімічній стійкості, нетоксичності та низькій вартості. Проте їх практичне застосування обмежене швидкою рекомбінацією фотогенерованих носіїв заряду і вибірковим поглинанням світла в УФ-області через велику ширину забороненої зони. Щоб вирішити це науково-практичне завдання потрібно модифікувати поверхню ТіО2, наприклад, через металеве або неметалеве допування, з метою підвищення його фотокаталітичної активності за рахунок додаткового поглинання у видимому діапазоні спектру. У даному огляді приведений аналіз сучасних наукових досліджень щодо способів підвищення ефективності фотокаталізаторів на основі ТіО2.

Посилання

T. Tatarchuk, A. Peter, B. Al-Najar, J. Vijaya, M. Bououdina, Nanotechnol. Environ. Sci. 1-2, 209 (2018) (doi:10.1002/9783527808854.ch8).

J. Wen, X. Li, W. Liu, Y. Fang, J. Xie, Y. Xu, Cuihua Xuebao/Chinese J. Catal. 36(12), 2049 (2015) (doi:10.1016/S1872-2067(15)60999-8).

R.M. Mohamed, D.L. McKinney, W.M. Sigmund, Mater. Sci. Eng. R Reports 73(1), 1 (2012) (doi:10.1016/j.mser.2011.09.001).

T.A. Doncova, I.N. Ivanenko, I.M. Astrelin, Hіmіya, fіzyka ta tekhnologіya poverhnі 6(1), 85 (2015).

S.V. Ryabov, S.І. Sіnel'nіkov, O.A. Opanasenko, Polіmernyi Zhurnal 35(2), 126 (2013).

A. Fujishima, K. Honda, Nature 238, 37 (1972) (doi:10.1038/238037a0).

K. Nakata, A. Fujishima, J. Photochem. Photobiol. C Photochem. Rev. 13(3), 169 (2012) (doi:10.1016/j.jphotochemrev.2012.06.001).

S. Feng, M. Wang, Y. Zhou, P. Li, W. Tu, Z. Zou, APL Mater. 3(10), 104416 (2015) (doi:10.1063/1.4930043).

Y.H. Chung, K. Han, C.Y. Lin, D. O’Neill, G. Mul, B. Mei, C.M. Yang, Catal. Today, (2019) (doi:10.1016/j.cattod.2019.07.042).

H. Abdullah, M.M.R. Khan, H.R. Ong, Z. Yaakob, J. CO2 Util., 22, 15 (2017) (doi:10.1016/j.jcou.2017.08.004).

A.I. Kriukov, A.L. Stroiuk, S.Ya. Kuchmiy, V.D. Pokhodenko, Nanofotokataliz (Akademperi, Kiev, 2013).

J. Moellmann, S. Ehrlich, R. Tonner, S. Grimme, J. Phys. Condens. Matter, 24(42), 424206 (2012) (doi:10.1088/0953-8984/24/42/424206).

N. Rahimi, R.A. Pax, E.M.A. Gray, Prog. Solid State Chem. 44(3), 86 (2016) (doi:10.1016/j.progsolidstchem.2016.07.002).

A. Bumajdad, M. Madkour, Physical Chemistry Chemical Physics 16(16), 7146 (2014) (doi:10.1039/c3cp54411g).

I. Ali, M. Suhail, Z.A. Alothman, A. Alwarthan, RSC Adv. 8(53), 30125 (2018) (doi:10.1039/c8ra06517a).

H. Park, Y. Park, W. Kim, W. Choi, J. Photochem. Photobiol. C Photochem. Rev. 15, 1 (2013) (doi:10.1016/j.jphotochemrev.2012.10.001).

J.Y. Park, C. Lee, K.W. Jung, D. Jung, Bull. Korean Chem. Soc. 30(2), 402 (2009) (doi:10.5012/bkcs.2009.30.2.402).

C. Yogi, K. Kojima, T. Takai, N. Wada, J. Mater. Sci. 44(3), 821 (2009) (doi:10.1007/s10853-008-3151-7).

H. Agbe, E. Nyankson, N. Raza, D. Dodoo-Arhin, A. Chauhan, G. Osei, V. Kumar, K.H. Kim, J. Ind. Eng. Chem. 72, 31 (2019) (doi:10.1016/j.jiec.2019.01.004).

A. Ayati, A. Ahmadpour, F.F. Bamoharram, B. Tanhaei, M. Mänttäri, M. Sillanpää, Chemosphere 107, 163 (2014) (doi:10.1016/j.chemosphere.2014.01.040).

S. Oros-Ruiz, R. Gómez, R. López, A. Hernández-Gordillo, J.A. Pedraza-Avella, E. Moctezuma, E. Pérez, Catal. Commun. 21, 72 (2012) (doi:10.1016/J.CATCOM.2012.01.028).

W. Hou, Z. Liu, P. Pavaskar, W.H. Hung, S.B. Cronin, J. Catal. 277(2), 149 (2011) (doi:10.1016/J.JCAT.2010.11.001).

J. Singh, K. Sahu, B. Satpati, J. Shah, R.K. Kotnala, S. Mohapatra, J. Phys. Chem. Solids 135, 109100 (2019) (doi:10.1016/j.jpcs.2019.109100).

M. Scarisoreanu, A.G. Ilie, E. Goncearenco, A.M. Banici, I.P. Morjan, E. Dutu, E. Tanasa, I. Fort, M. Stan, C.N. Mihailescu, C. Fleaca, Appl. Surf. Sci. 509, 145217 (2020) (doi:10.1016/J.APSUSC.2019.145217).

M.M. Khan, S. Kalathil, J. Lee, M.H. Cho, Bull. Korean Chem. Soc. 33(5), 1753 (2012) (doi:10.5012/bkcs.2012.33.5.1753).

T.C. Pan, S.H. Wang, Y.S. Lai, J.M. Jehng, S.J. Huang, Appl. Surf. Sci. 296, 189 (2014) (doi:10.1016/j.apsusc.2014.01.077).

K. Nanaji, R.K. Siri Kiran Janardhana, T.N. Rao, S. Anandan, J. Alloys Compd. 794, 662 (2019) (doi:10.1016/J.JALLCOM.2019.04.283).

A. Gołąbiewska, W. Lisowski, M. Jarek, G. Nowaczyk, M. Michalska, S. Jurga, A. Zaleska-Medynska, Mol. Catal. 442, 154 (2017) (doi:10.1016/J.MCAT.2017.09.004).

A.K.P.D. Savio, J. Fletcher, F.C. Robles Hernández, Ceram. Int. 39(3), 2753 (2013) (doi:10.1016/j.ceramint.2012.09.042).

C.-C. Wang, P.-H. Chou, Y.-H. Yu, C.-C. Kei, Electrochim. Acta 284, 211 (2018) (doi:10.1016/J.ELECTACTA.2018.07.164).

R. Han, J. Liu, N. Chen, G. Wang, Y. Guo, H. Wang, RSC Adv. 9, 34862 (2019) (doi:10.1039/c9ra05480d).

Z. Zafar, I. Ali, S. Park, J.-O. Kim, Ceram. Int. 46(3), 3353 (2020) (doi:10.1016/J.CERAMINT.2019.10.045).

P. Manojkumar, E. Lokeshkumar, A. Saikiran, B. Govardhanan, M. Ashok, N. Rameshbabu, J. Alloys Compd. 825, 154092 (2020) (doi:10.1016/J.JALLCOM.2020.154092).

P.D. Bhange, S.V. Awate, R.S. Gholap, G.S. Gokavi, D.S. Bhange, Mater. Res. Bull. 76, 264 (2016) (doi:10.1016/J.MATERRESBULL.2015.12.041).

V. Binas, V. Stefanopoulos, G. Kiriakidis, P. Papagiannakopoulos, J. Mater. 5(1), 56 (2019) (doi:10.1016/j.jmat.2018.12.003).

F. Han, V.S.R. Kambala, R. Dharmarajan, Y. Liu, R. Naidu, Environ. Technol. Innov. 12, 27 (2018) (doi:10.1016/J.ETI.2018.07.004).

M. Safari, R. Talebi, M.H. Rostami, M. Nikazar, M. Dadvar, J. Environ. Heal. Sci. Eng. 12(1), 1 (2014) (doi:10.1186/2052-336X-12-19).

I. Ganesh, A.K. Gupta, P.P. Kumar, P.S. Chandra Sekhar, K. Radha, G. Padmanabham, G. Sundararajan, Processing and Application of Ceramics 6(1), 21 (2012).

M. Ismael, J. Environ. Chem. Eng. 8(2), 103676 (2020) (doi:10.1016/J.JECE.2020.103676).

D. Komaraiah, E. Radha, J. Sivakumar, M.V. Ramana Reddy, R. Sayanna, Surfaces and Interfaces 17, 100368 (2019) (doi:10.1016/J.SURFIN.2019.100368).

M.J. Valero-Romero, J.G. Santaclara, L. Oar-Arteta, L. van Koppen, D.Y. Osadchii, J. Gascon, F. Kapteijn, Chem. Eng. J. 360, 75 (2019) (doi:10.1016/J.CEJ.2018.11.132).

M. Hinojosa – Reyes, R. Camposeco – Solis, F. Ruiz, V. Rodríguez – González, E. Moctezuma, Mater. Sci. Semicond. Process. 100, 130 (2019) (doi:10.1016/J.MSSP.2019.04.050).

M.S. Mohseni-Salehi, E. Taheri-Nassaj, M. Hosseini-Zori, J. Photochem. Photobiol. A Chem. 356, 57 (2018) (doi:10.1016/J.JPHOTOCHEM.2017.12.027).

S.J. Armaković, M. Grujić-Brojčin, M. Šćepanović, S. Armaković, A. Golubović, B. Babić, B.F. Abramović, Arab. J. Chem. 12, 5355 (2019) (doi:10.1016/J.ARABJC.2017.01.001).

[45Z.M. El-Bahy, A.A. Ismail, R.M. Mohamed, J. Hazard. Mater., 166 (1), 138 (2009) (doi:10.101/j.jhazmat.2008.11.022).

N. us Saqib, R. Adnan, I. Shah, Environ. Sci. Pollut. Res. 23, 15941 (2016) (doi:10.1007/s11356-016-6984-7).

V. Štengl, S. Bakardjieva, N. Murafa, Mater. Chem. Phys. 114(1), 217 (2009) (doi:10.1016/j.matchemphys.2008.09.025).

R.R. Nair, J. Arulraj, K.R. Sunaja Devi, Mater. Today Proc. 3(6), 1643 (2016) (doi:10.1016/J.MATPR.2016.04.054).

V. Kumaravel, S. Mathew, J. Bartlett, S.C. Pillai, Appl. Catal. B Environ. 244, 1021 (2019) (doi:10.1016/j.apcatb.2018.11.080).

P.G. Smirniotis, T. Boningari, D. Damma, S.N.R. Inturi, Catal. Commun. 113, 1 (2018) (doi:10.1016/J.CATCOM.2018.04.019).

J. Marques, T.D. Gomes, M.A. Forte, R.F. Silva, C.J. Tavares, Catal. Today 326, 36 (2019) (doi:10.1016/J.CATTOD.2018.09.002).

E. Acayanka, J.-B. Tarkwa, K.N. Nchimi, S.A.Y. Voufouo, A. Tiya-Djowe, G.Y. Kamgang, S. Laminsi, Surfaces and Interfaces 17, 100361 (2019) (doi:10.1016/J.SURFIN.2019.100361).

R. Quesada-Cabrera, C. Sotelo-Vázquez, M. Quesada-González, E.P. Melián, N. Chadwick, I.P. Parkin, J. Photochem. Photobiol. A Chem. 333, 49 (2017) (doi:10.1016/J.JPHOTOCHEM.2016.10.013).

M. Zalas, Catal. Today, 230, 91 (2014) (doi:10.1016/J.CATTOD.2013.12.032).

O.A. Osin, T. Yu, X. Cai, Y. Jiang, G. Peng, X. Cheng, R. Li, Y. Qin, S. Lin, Front. Chem., 6, 192 (2018) (doi:10.3389/fchem.2018.00192).

J. Zhang, Z. Xing, J. Cui, Z. Li, S. Tan, J. Yin, J. Zou, Q. Zhu, W. Zhou, Dalt. Trans. 47 (14), 4877 (2018) (doi:10.1039/c8dt00262b).

H. Shindume L, Z. Zhao, N. Wang, H. Liu, A. Umar, J. Zhang, T. Wu, Z. Guo, J. Nanosci. Nanotechnol. 19(2), 839 (2018) (doi:10.1166/jnn.2019.15745).

J.-H. Lee, J.-I. Youn, Y.-J. Kim, I.-K. Kim, K.-W. Jang, H.-J. Oh, Ceram. Int. 41(9), 11899 (2015) (doi:10.1016/J.CERAMINT.2015.05.157).

W.H.M. Abdelraheem, M.K. Patil, M.N. Nadagouda, D.D. Dionysiou, Appl. Catal. B Environ. 241, 598 (2019) (doi:10.1016/J.APCATB.2018.09.039).

H.L. Hoşgün, M.T.A. Aydın, J. Mol. Struct. 1180, 676 (2019) (doi:10.1016/J.MOLSTRUC.2018.12.056).

M. Ratova, R. Klaysri, P. Praserthdam, P.J. Kelly, Vacuum 149, 214 (2018) (doi:10.1016/J.VACUUM.2018.01.003).

R. Klaysri, M. Ratova, P. Praserthdam, P.J. Kelly, Nanomaterials 7, 113 (2017) (doi:10.3390/nano7050113).

J. He, G. Zi, Z. Yan, Y. Li, J. Xie, D. Duan, Y. Chen, J. Wang, J. Environ. Sci. 26(5), 1195 (2014) (doi:10.1016/S1001-0742(13)60475-1).

E. Ovodok, H. Maltanava, S. Poznyak, M. Ivanovskaya, A. Kudlash, N. Scharnagl, J. Tedim, Mater. Today Proc., 5 (9), 17422 (2018) (doi:10.1016/J.MATPR.2018.06.044).

R. Purbia, R. Borah, S. Paria, Inorg. Chem. 56(16), 10107 (2017) (doi:10.1021/acs.inorgchem.7b01864).

S. Guo, S. Han, M. Haifeng, C. Zeng, Y. Sun, B. Chi, J. Pu, J. Li, Mater. Res. Bull. 48(9), 3032 (2013) (doi:10.1016/J.MATERRESBULL.2013.04.056).

X. Feng, P. Wang, J. Hou, J. Qian, Y. Ao, C. Wang, J. Hazard. Mater. 351, 196 (2018) (doi:10.1016/J.JHAZMAT.2018.03.013).

J. Niu, P. Dai, G. Qi, Q. Zhang, B. Yao, X. Yu, C. Liu, Integr. Ferroelectr. 176, 150 (2016) (doi:10.1080/10584587.2016.1250601).

S.R. Gul, M. Khan, B. Wu, Z. Yi, Mater. Res. Express 4(6), 065502 (2017) (doi:10.1088/2053-1591/aa75e8).

T. Boningari, S.N.R. Inturi, M. Suidan, P.G. Smirniotis, Chem. Eng. J. 339, 249 (2018) (doi:10.1016/J.CEJ.2018.01.063).

L.G. Devi, R. Kavitha, Mater. Chem. Phys. 143(3), 1300 (2014) (doi:10.1016/J.MATCHEMPHYS.2013.11.038).

S. Modanlu, A. Shafiekhani, Sci. Rep. 9(1), 1 (2019) (doi:10.1038/s41598-019-53189-z).

G.D. Gena, T.H. Freeda, K.M. Prabu, Int. J. Sci. Res. Phys. Appl. Sci. 6(2), 1 (2018) (doi:10.26438/ijsrpas/v6i2.14).

D.-H. Lee, B. Swain, D. Shin, N.-K. Ahn, J.-R. Park, K.-S. Park, Mater. Res. Bull. 109, 227 (2019) (doi:10.1016/J.MATERRESBULL.2018.09.027).

D. Liu, R. Tian, J. Wang, E. Nie, X. Piao, X. Li, Z. Sun, Chemosphere 185, 574 (2017) (doi:10.1016/J.CHEMOSPHERE.2017.07.071).

Q. Gao, F. Si, S. Zhang, Y. Fang, X. Chen, S. Yang, Int. J. Hydrogen Energy 44(16), 8011 (2019) (doi:10.1016/J.IJHYDENE.2019.01.233).

X. Zhao, J., Li, W., Li, X., & Zhang, RSC Adv. 7(35), 21547 (2017) (doi:10.1039/c7ra00850c).

C. Li, Z. Sun, R. Ma, Y. Xue, S. Zheng, Microporous Mesoporous Mater. 243, 281 (2017) (doi:10.1016/J.MICROMESO.2017.02.053).

Q. Wang, S. Zhu, Y. et al. Liang, J Nanopart Res. 19, 72 (2017) (doi:10.1007/s11051-017-3765-2).

Q. Wang, S. Zhu, Y. Liang, Z. Cui, X. Yang, C. Liang, A. Inoue, Mater. Res. Bull. 86, 248 (2017) (doi:10.1016/J.MATERRESBULL.2016.10.026).

L.G. Devi, R. Kavitha, Appl. Catal. B Environ. 140-141, 559 (2013) (doi:10.1016/j.apcatb.2013.04.035).

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-06-15

Як цитувати

Миронюк, І., Солтис, Л., Татарчук, Т., & Цінурчин, В. (2020). Способи підвищення ефективності фотокаталізаторів на основі ТіО2 (огляд). Фізика і хімія твердого тіла, 21(2), 300–311. https://doi.org/10.15330/pcss.21.2.300-311

Номер

Том 21 № 2 (2020)

Розділ

Наукові статті
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають

<< < 1 2