Abstract



 
   

Volume 6 - No. 2
EVALUATION OF THE EFFECT OF ANNEALING TEMPERATURE ON PHOTOCATALYTIC PROPERTIES OF TIO2 NANOTUBES MODIFIED WITH GOLD AND SILVER METALS  
 

بررسی تأثیر دمای عملیات حرارتی بر خواص فوتوکاتالیستی نانولوله¬های اکسید تیتانیم با حضور هم¬زمان فلزات طلا و نقره

محسن افسری ولایتی, امیرعلی یوزباشی, حسین نورانیان و سید محمد زهرایی

تاريخ ثبت اوليه: // ، تاريخ دريافت نسخه اصلاح شده: // ، تاريخ پذيرش قطعي: //

چكيده     نانولوله¬های اکسید تیتانیم خواص منحصر به¬فردی برای کاربرد در سیستم¬های فوتوکاتالیستی فراهم می¬آورند. امروزه افزایش بازدهی فوتوکاتالیستی نانولوله¬های اکسید تیتانیم در محدوده نور مرئی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق، تأثیر دمای عملیات حرارتی در محدوده 400 تا 700 درجه سانتی¬گراد بر خواص فوتوکاتالیستی نانولوله¬های اکسید تیتانیم اصلاح شده با عناصر طلا و نقره مورد ارزیابی قرار گرفت. نانولوله¬های اکسید تیتانیم به روش آندایزینگ سنتز شدند و سپس، با نانوذرات نقره و طلا به ترتیب با روش¬های غوطه¬وری و کندوپاش، اصلاح سطحی شدند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری با قدرت تفکیک بالا به همراه آنالیز طیف¬سنجی پراکندگی انرژی، تشکیل نانوذرات طلا و نقره بر روی نانولوله¬های اکسید تیتانیم با قطر حدود 60 نانومتر را تأیید کردند. با افزایش دمای عملیات حرارتی درصد فاز روتایل نسبت به آناتاز افزایش یافت و حالت¬های ترکیبی متفاوتی از ¬عناصر طلا و نقره ظاهر شدند که منجر به گسترش طیف جذب نانوکاتالیست در نور مرئی گردید. با تغییر دمای عملیات حرارتی، بازدهی نانوکاتالیست در تجزیه متیلن بلو از 34 تا 76 درصد تغییر کرد که بیشترین بازدهی در دمای 500 درجه سانتی¬گراد مشاهده شد.

كلمات كليدي    نانولوله¬های اکسید تیتانیم، نانوذرات طلا و نقره، عملیات حرارتی، تشدید پلاسمون سطحی.



Evaluation of the Effect of Annealing Temperature on Photocatalytic Properties of TiO2 Nanotubes Modified with Gold and Silver metals

Mohsen Afsari Velayati, Amir Ali Youzbashi, Hossein Nuranian and Seyed Mohammad Zahraee

Abstract    TiO2 nanotubes (NTs) have unique properties to use in photocatalytic systems. Recently improvement of photocatalytic activity of TiO2 NTs under visible light irradiation has attracted great attention. In this study, effect of annealing temperature (400-700C) on photocatalytic activity of TiO2 NTs modified with Ag and Au was evaluated. TiO2 NTs were synthesized via anodization method and then modified with Ag and Au nanoparticles (NPs) using dip coating and sputtering methods, respectively. SEM, HRTEM and EDX results confirmed presence of Ag and Au NPs on TiO2 NTs with diameter of 60 nm. Increasing the annealing temperature enhances visible light absorption range of nanocatalyst attributed to increase of rutile/anatas ratio and formation of different nanostructures of Ag and Au NPs. Catalytic efficiency of modified TiO2 was enhanced from 34% to 76% with increasing annealing temperature. Best catalytic efficiency was achieved by annealing TiO2 NTs at 500C.

Keywords    TiO2 nanotubes, Ag and Au nanoparticles, annealing temperature, surface plasmon resonance.

 

منابع:

1. Fujishima, A., Rao, T., Tryk, D., Titanium Dioxide Photocatalysis, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, 1 (2000) 1–21. 2. Fujishima, A., Zhang, X., Titanium dioxide photocatalysis: present situation and future approaches, Comptes Rendus Chimie, 9 (2006) 750-760. 3. Ni, J.H., Frandsen, C.J., Chen, L.H., Zhang, Y.Y., Khamwannah, J., He, G., Tang, T.T., Jin, S., Fabrication of gradient TiO2 nanotubes on Ti foil by anodization, Advanced Engineering Materials, 15 (2013) 464-468. 4. Wang, H., Li, H., Wang, J., Wu, J., Liu, M., Influence of applied voltage on anodized TiO2 nanotube arrays and their performance on dye sensitized solar cells, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 13 (2013) 4183-4188. 5. Ng, J., Wang, X., Sun, D.D., One-pot hydrothermal synthesis of a hierarchical nanofungus-like anatase TiO2 thin film for photocatalytic oxidation of bisphenol A, Applied Catalysis B: Environmental, 110 (2011) 260-272. 6. Hai, Z., El Kolli, N., Uribe, D.B., Beaunier, P., José-Yacaman, M., Vigneron, J., Etcheberry, A., Sorgues, S., Colbeau-Justin, C., Chen, J., Modification of TiO2 by bimetallic Au–Cu nanoparticles for wastewater treatment, Journal of Materials Chemistry A, 1 (2013) 10829-10835. 7. Dissanayake, M., Kumari, J., Senadeera, G., Thotawatthage, C., Efficiency enhancement in plasmonic dye-sensitized solar cells with TiO2 photoanodes incorporating gold and silver nanoparticles, Journal of Applied Electrochemistry, 46 (2016) 47-58. 8. Wang, Y., Feng, C., Jin, Z., Zhang, J., Yang, J., Zhang, S., A novel N-doped TiO2 with high visible light photocatalytic activity, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 260 (2006) 1-3. 9. Park, Y., Kim, W., Park, H., Tachikawa, T., Majima, T., Choi, W., Carbon-doped TiO2 photocatalyst synthesized without using an external carbon precursor and the visible light activity, Applied Catalysis B: Environmental, 91 (2009) 355-361. 10. Wang, Q., Jin, R., Zhang, M., Gao, S., Solvothermal preparation of Fe-doped TiO2 nanotube arrays for enhancement in visible light induced photoelectrochemical performance, Journal of Alloys and Compounds, 690 (2017) 139-144. 11. Fu, C., Li, M., Li, H., Li, C., guo Wu, X., Yang, B., Fabrication of Au nanoparticle/TiO2 hybrid films for photoelectrocatalytic degradation of methyl orange, Journal of Alloys and Compounds, 692 (2017) 727-733. 12. Yang, B., He, D., Wang, W., Zhuo, Z., Wang, Y., Gold-plasmon enhanced photocatalytic performance of anatase titania nanotubes under visible-light irradiation, Materials Research Bulletin, 74 (2016) 278-283. 13. Li, H., Duan, X., Liu, G., Li, L., Synthesis and characterization of copper ions surface-doped titanium dioxide nanotubes, Materials Research Bulletin, 43 (2008) 1971-1981. 14. Sousa-Castillo, A., Comesaña-Hermo, M., Rodríguez-González, B., Pérez-Lorenzo, M., Wang, Z., Kong, X.-T., Govorov, A.O., Correa-Duarte, M.A., Boosting Hot Electron-Driven Photocatalysis through Anisotropic Plasmonic Nanoparticles with Hot Spots in Au–TiO2 Nanoarchitectures, The Journal of Physical Chemistry C, 120 (2016) 11690-11699. 15. Hayashido, Y., Naya, S.-i., Tada, H., Local Electric Field-Enhanced Plasmonic Photocatalyst: Formation of Ag Cluster-Incorporated AgBr Nanoparticles on TiO2, The Journal of Physical Chemistry C, 120 (2016) 19663–19669. 16. Paramasivam, I., Macak, J., Schmuki, P., Photocatalytic activity of TiO2 nanotube layers loaded with Ag and Au nanoparticles, Electrochemistry Communications, 10 (2008) 71-75. 17. Enachi, M., Guix, M., Braniste, T., Postolache, V., Ciobanu, V., Ursaki, V., Schmidt, O.G., I. Tiginyanu, Photocatalytic properties of TiO2 nanotubes doped with Ag, Au and Pt or covered by Ag, Au and Pt nanodots, Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 51 (2015) 3-8. 18. Nguyen, N.T., Altomare, M., Yoo, J., Schmuki, P., Efficient Photocatalytic H2 Evolution: Controlled Dewetting–Dealloying to Fabricate Site-Selective High-Activity Nanoporous Au Particles on Highly Ordered TiO2 Nanotube Arrays, Advanced Materials, 27 (2015) 3208-3215. 19. Zhu, Y., Yang, S., Cai, J., Meng, M., Li, X., A facile synthesis of AgxAu1−x/TiO2 photocatalysts with tunable surface plasmon resonance (SPR) frequency used for RhB photodegradation, Materials Letter, 154 (2015) 163-166. 20. Wang, Q., Wang, X., Zhang, M., Li, G., Gao, S., Li, M., Zhang, Y., Influence of Ag–Au microstructure on the photoelectrocatalytic performance of TiO2 nanotube array photocatalysts, Journal of Colloid and Interface Science, 463 (2016) 308-316. 21. Li, C.-H., Li, M.-C., Liu, S.-P., Jamison, A.C., Lee, D., Lee, T.R., Lee, T.-C., Plasmonically Enhanced Photocatalytic Hydrogen Production from Water: The Critical Role of Tunable Surface Plasmon Resonance from Gold–Silver Nanoshells, ACS Applied Materials & Interfaces, 8 (2016) 9152-9161. 22. Verbruggen, S.W., Keulemans, M., Filippousi, M., Flahaut, D., Van Tendeloo, G., Lacombe, S., Martens, J.A., Lenaerts, S., Plasmonic gold–silver alloy on TiO2 photocatalysts with tunable visible light activity, Applied Catalysis B: Environmental, 156 (2014) 116-121. 23. Kowalska, E., Janczarek, M., Rosa, L., Juodkazis, S., Ohtani, B., Mono-and bi-metallic plasmonic photocatalysts for degradation of organic compounds under UV and visible light irradiation, Catalysis Today, 230 (2014) 131-137. 24. Kennedy, J., Jones, W., Morgan, D.J., Bowker, M., Lu, L., Kiely, C.J., Wells, P.P., Dimitratos, N., Photocatalytic hydrogen production by reforming of methanol using Au/TiO2, Ag/TiO2 and Au-Ag/TiO2 catalysts, Catalysis, Structure & Reactivity, 1 (2015) 35-43. 25. Buso, D., Pacifico, J., Martucci, A., Mulvaney, P., Gold-Nanoparticle-Doped TiO2 Semiconductor Thin Films: Optical Characterization, 17 (2007) 347–354. 26. Massoudi, A., Zamanian, A., Khoshnood, N., TiO2 Nanotube Arrays Fabricated by Electrochemical Anodization in Aqueous Fluorine Media, International Materials Physics Journal, 2 (2014) 21-25.
 
 Download PDF 


Term of Use  | Privacy Policy | Contact Us

Journal of Advanced Materials and Technologies
E-mail: office@jem.ir
Web Site: http://www.jamt.ir