Structural and photoelectrochemical properties of porous TiO2 nanofibers decorated with Fe2O3 by sol-flame

The hybrid structure of Fe2O3 nanoparticles/TiO2 nanofibers (NFs), combines the merits of large surface areas of TiO2 NFs and absorption in ultraviolet light–visible light range. This structure can be used for many applications such as photoelectrochemical water splitting and photo-catalysis. Here, a sol-flame method is used for depositing Fe2O3 on TiO2 NFs that were prepared by hydrothermal on Ti sheets. The obtained materials were characterized by XRD, SEM, UV/Vis diffuse reflectance, Raman, and XPS. The results revealed the formation of rutile and anatase crystalline phases together with Fe2O3. This process moves the absorption threshold of TiO2 NFs support into visible spectrum range and enhances the photocurrent in comparison to bare TiO2 NFs, although no hole scavenger was used. The impedance measurement at low and high frequencies revealed an increase in series resistance and a decrease in resistance of charge transfer with sol-flame treatment time. A mechanism for explaining the charge transfer in these TiO2 NFs decorated with Fe2O3 nanoparticles was proposed.

Continuous flow gas phase photoreforming of methanol at elevated reaction temperatures sensitised by Pt/TiO2

Gas phase photoreforming of methanol using a Pt/TiO2 photocatalyst has been performed under flow conditions at elevated temperatures. Comparing the activity of the reforming process as a function of temperature under dark and irradiated conditions shows a significant enhancement in the rate of H2 production using the photo-assisted conditions at temperatures between 100-140 °C. At higher temperatures, the effect of irradiation is small with the process dominated by the thermal process. Deactivation of the catalyst was observed under irradiation but the catalyst was easily regenerated using an oxygen treatment at 120 °C. Diffuse Reflectance Infra-red Fourier Transform Spectroscopy (DRIFTS) showed that the activity of the catalyst could be correlated with the presence of the photogenerated trapped electrons. In addition, lower amounts of CO adsorbed on Pt, compared to those observed in the dark reaction, were found for the UV-irradiated systems. It is proposed that CO and adsorbed intermediates, such as formate, can act as inhibitors in the photoreforming process and this is further supported by the observation that, before and after the regeneration process in O2, the CO and surface adsorbed organic intermediate products are removed and the activity is recovered.

EPR study of trap-centres produced on TiO2 particles during water photolysis

The results of an EPR investigation are presented on the paramagnetic trap-centres produced on hydrothermally prepared TiO2 particles during water photolysis at room temperature under band-gap irradiation. The trapped holes correspond to O− species adjacent to cation vacancies that are formed to compensate the hydroxyl ions in the subsurface layers. The trapped electrons are accounted for as Ti3+ in the conduction band or Ti3+ - adjoining oxygen vacancy to form shallow donor states. Although hole-centres are normally stabler than electron-centres, strongly adsorbed donor molecules reverse the stability. Concentration of hole-centres is increased by the presence of platinum on TiO2 surface and electron-centres are not detected on Pt/TiO2 during water photolysis.

Sacrificial photolysis of water on TiO2 fine powders prepared by the hydrothermal method

The often discussed role of surface hydroxylation of TiO2 particles as an essential characterestics for their photocatalytic activity can be verified by preparing TiO2 powders by hydrothermal method since hydroxylated surface layers will be better retained on these particles formed in superheated water. Thus, fine powders of TiO2 (rutile) with high degree of crystallinity are formed from titanium oxychloride in the mixed solvent of water and 2-propanol at 160–230°C and 20–120 atm. The anatase phase is produced from the same medium when sulfate ion impurity is present, with Image . TiO2 powders are washed free of anions and 2-propanol by ultrafiltration and are Pt mounted by a photochemical method. Aqueous suspensions of both forms of TiO2 neither as such nor after Pt-loading, do not produce H2 on band gap illumination whereas, H2 is generated in presence of hole scavengers such as EDTA, TEOA, sulfite or hypophosphite. The effects of hole scavenger concentration, Pt : TiO2 ratio, particulate suspension density and the nature of hole scavengers on H2 production are presented. Platinised rutile powders are equally active as anatase in sacrificial systems.

A DMFC with Methanol-Tolerant-Carbon-Supported-Pt-Pd-Alloy Cathode

Methanol-tolerant Pt-Pd alloy catalysts supported on to carbon with varying Pt:Pd atomic ratios of 1:1, 2:1 and 3:1 are prepared by a novel wet-chemical method and characterized using powder XRD, XPS, FESEM, EDAX and TEM techniques. The optimum atomic weight ratio for Pt to Pd in the carbon-supported alloy catalyst as established by linear-sweep voltammetry (LSV) and cell polarization studies is found to be 2:1. A direct methanol fuel cell (DMFC) employing carbon-supported Pt-Pd (2:1) alloy (Pt-Pd/C) catalyst as the cathode catalyst delivers a peak-power density of 115 mW/cm(2) at 70 degrees C as compared to peak-power density of 60 mW/cm(2) obtained with the DMFC employing carbon-supported Pt (Pt/C) catalyst operating under similar conditions. In the literature, DMFCs operating with Pt-TiO2 (2:1)/C and Pt-Au (2:1)/C methanol-tolerant cathodes are reported to exhibit maximum ORR activity among the group of these methanol-tolerant cathodes with varying catalysts compositions. Accordingly, the present study also provides an effective route to design methanol-tolerant-oxygen-reduction catalysts for DMFCs. (C) 2011 The Electrochemical Society. DOI: 10.1149/1.3596542] All rights reserved.

Dye sensitized solar cell based on platinum decorated multiwall carbon nanotubes as catalytic layer on the counter electrode

In this study we have employed multiwall carbon nanotubes (MWCNT), decorated with platinum as catalytic layer for the reduction of tri-iodide ions in dye sensitized solar cell (DSSC). MWCNTs have been prepared by a simple one step pyrolysis method using ferrocene as the catalyst and xylene as the carbon source. Platinum decorated MWCNTs have been prepared by chemical reduction method. The as prepared MWCNTs and Pt/MWCNTs have been characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). In combination with a dye adsorbed TiO(2) photoanode and an organic liquid electrolyte, Pt/MWCNT composite showed an enhanced short circuit current density of 16.12 mA/cm(2) leading to a cell efficiency of 6.50% which is comparable to that of Platinum. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Activity of TiO2 in the System ZrO2-TiO2 and Gibbs Energy of Formation of ZrTiO4

The activity of Ti02 in single and two··phase regions of ihe system ZrOrTi02 has heen measured lIsing solid state cells based on yttria··doped tho ria (YDT) as the solid electrolyte at 1373 K. The cells used can be represented as: Pt, Tio.07PtO.Y3 + Zrj.,Tix0 2 / YDT / Ti02 + Tio.07Pto.93, Pt Pt, Tio.07Pto.93 + ZrJ.xTix02 + ZrTi04 / YDT / Ti02+ Tio.07PtO.93, Pt In each cell the composition of Pt-Ti alloy was identical at hoth electrodes. The emf of the cell is therefore directly related to the activity of Ti02 in oxide phase or oxide phase mixture: aTiO~ :;: cxp (-4FE/RT). The activity coefficient of Ti02 in th~ zirconia-rich solid solution with monoclinic structure (CUl2 2" XTi02 2" 0) can be expressed as:In the zirconia-rich solid solution with tetragonal structure (0.085 2" X ri02 2" 0.03), the activity coefficient is given by:In YTi02 (± 0.012) = 2.354 (1-XTiO? )2 +0.064 The standard Gibbs energy of formation of ZrTi04 is -5650 (± 200) J/mol at 1373 K .

Platinum Ion-Doped TiO2: High Catalytic Activity of Pt2+ with Oxide Ion Vacancy in Ti1-x4+Ptx2+O2-x Compared to Pt4+ without Oxide Ion Vacancy in Ti1-x4+Ptx4+O2

Ti0.97Pt0.032+O1.97 and Ti0.97Pt0.034+O2 have been synthesized by a solution combustion method using alanine and glycine as the fuels, respectively. Both crystallize in anatase TiO2 structure with 15 nm average crystallite size. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) confirmed Pt ions are in the 2+ state in Ti0.97Pt0.03O1.97 (alanine) and 4+ state in Ti0.97Pt0.03O2 (glycine). The rate of CO oxidation occurring over Ti0.97Pt0.032+O1.97 (0.76 mu mol.g(-1).s(-1)) is similar to 10, times more than that over Ti0.97Pt0.034+O2 at 60 degrees C (0.08 mu mol.g(-1).s(-1)). A large shift in 100% hydrocarbons conversion to lower temperature was observed for Pt2+ ion-substituted TiO2 relative 10 that for Pt4+ ion-substituted TiO2. After reoxidation of the reduced compound by H-2 as well as CO, Pt ions are stabilized in mixed valences, 2+ and 4+ states. The role of oxide ion vacancy has been demonstrated by CO oxidation and H-2 + O-2 recombination reactions in the presence and absence of O-2. We analyze the activated lattice oxygens upon substitution of Pt2+ and Pt4+ ions in TiO2, using first-principles density functional theory (DFT) calculations with supercells of Ti31Pt1O63, Ti30Pt2O62, and Ti29Pt3O61 for Pt2+ ion substitution and Ti31Pt1O64, Ti30Pt2O62, and Ti29Pt3O61 for Pt4+ ion substitution in TiO2. We find that the local structure of Pt2+ ion has a distorted square planar geometry and that of Pt4+ ion has an octahedral geometry similar to that of Ti4+ ion in pure TiO2. The change in coordination of Pt2+ ion gives rise to weakly bonded oxygens, and these oxygens are involved in high rates of catalytic reaction. Thus, the high catalytic activity results from synergistic roles of Pt2+ ion and oxide ion vacancy and weakly bonded lattice oxygen.

Visible light assisted photocatalytic degradation of organic dyes on TiO2-CNT nanocomposites

Carbon nanotubes (CNTs) uniformly decorated with nano-anatase TiO2 particles corresponding to different TiO2-CNT weight ratios (up to 90 % TiO2:10 % CNT) were prepared by employing sol-gel process. The nanocomposites were characterized by X-ray diffraction, IR, Raman, Scanning electron microscopy, Transmission electron microscopy, Photoluminescence, BET surface area and diffuse reflectance measurements. The composites show visible light assisted photocatalytic property, for example, the 90 % TiO2-10 % CNT composite completely degrades Indigo Carmine dye within 1 h of exposure to visible light. Similarly, Orange G and Congo Red dyes were decomposed within 2 h under visible light irradiation. The excellent visible light photocatalytic property of the composite is attributed to the synergetic effect of photoexcitation and photosensitization. This is due to the special nanoarchitecture wherein TiO2 nanoparticles are anchored to CNT surface that provides high specific interfacial area for photon absorption and electron trapping. Visible light assisted degradation profile of Indigo Carmine in the presence of TiO2-CNT nanocomposite and TEM image of the TiO2-CNT nanocomposite.

Noble metal ions in CeO2 and TiO2: synthesis, structure and catalytic properties

In the past four decades, CeO2 has been recognized as an attractive material in the area of auto exhaust catalysis because of its unique redox properties. In the presence of CeO2, the catalytic activity of noble metals supported on Al2O3 is enhanced due to higher dispersion of noble metals in their ionic form. In the last few years, we have been exploring an entirely new approach of dispersing noble metal ions on CeO2 and TiO2 matrices for redox catalysis. In this study, the dispersion of noble metal ions by solution combustion as well as other methods over CeO2 and TiO2 resulting mainly in Ce1-xMxO2-delta, Ce1-x-yTixMyO2-delta, Ce1-x-ySnxMyO2-delta, Ce1-x-yFexMyO2-delta, Ce1-x-yZrxMyO2-delta and Ti1-xMxO2-delta (M = Pd, Pt, Rh and Ru) catalysts, the structure of these materials, their catalytic properties toward different types of catalysis, structure-property relationships and mechanisms of catalytic reactions are reviewed. In these catalysts, noble metal ions are incorporated into a substrate matrix to a certain limit in a solid solution form. Lower valent noble metal-ion substitution in CeO2 and TiO2 creates noble metal ionic sites and oxide ion vacancies that act as adsorption sites for redox catalysis. It has been demonstrated that these new generation noble metal ionic catalysts (NMIC) have been found to be catalytically more active than conventional nanocrystalline noble metal catalysts dispersed on oxide supports.

Mechano-fluorochromic Pt-II Luminogen and Its Cysteine Recognition

A new triphenylamine-based organometallic Pt-II luminogen (1) and its analogous organic compound (2) are reported. The molecules are decorated with aldehyde functionality to improve their photophysical properties by utilising donor-acceptor interactions. The single crystal X-ray structure analysis of PtII analogue 1 revealed that the neighbouring molecules were loosely organised by weak intermolecular C-H center dot center dot center dot pi interactions. Because of the twisted nature of the triphenylamine backbone the compounds showed aggregation-induced emission enhancement in THF/water mixture. Due to their loose crystal packing, upon application of external stimuli these luminogens exhibited mechano-fluorochromic behaviour. The crystalline forms of the compounds displayed a more superior emission efficiency than the grinded samples. Moreover, the compounds showed crystallization-induced emission enhancement (CIEE) and exhibited chemodosimetric response towards cysteine under physiological condition.

Síntese e caracterização de TiO2 puro e modificado para aplicações ambientais

Fotocatalisadores baseados em nanopartículas de dióxido de titânio modificados fornecem soluções em potencial para a mineralização de poluentes orgânicos em meio aquoso. Agentes modificadores têm sido amplamente investigados com o objetivo de promover a fotoativação pela luz visível. Foram estudadas a nível fundamental até aqui, as modificações estruturais, texturais e óticas causadas pela introdução de silício e nitrogênio na rede da titânia. Titânias puras (TiO2) e modificadas nanoestruturadas, particularmente titânias modificadas com silício (TiO2-SiO2), com razões atômicas Si/Ti de 0,1, 0,2 e 0,3 foram sintetizadas pelo método sol-gel a partir da hidrólise ácida de isopropóxido de titânio(IV) e tetraetoxisilano. As metodolo-gias sintéticas desenvolvidas tentaram aderir aos princípios da Química Verde, dispensando o uso de atmosfera inerte e temperatura e pressão elevadas, o que foi alcançado utilizando-se, principalmente, a agitação ultrassônica. Titânias modificadas com silício e dopadas com ni-trogênio (TiO2-SiO2-N) foram obtidas a partir do pré-tratamento de TiO2-SiO2 a 500 C ao ar e então submetidas ao fluxo de amônia (NH3) a 600 C por 1-3 h e, após resfriamento, foram recozidas a 400 C ao ar. Amostras distintas foram caracterizadas, na forma de pó seco e após calcinação entre 400600 C, por difração de raios X, adsorção de nitrogênio, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de refletância difusa no UV-Visível. As titânias pu-ras, obtidas principalmente variando-se a razão de hidrólise, foram cristalizadas na forma de anatásio como fase predominante até 600 C, além de traços de brookita presente até 500 C. O rutilo foi identificado a partir de 600 C como fase minoritária, embora apresentando tama-nhos de cristal significativamente maiores que os estimados para o cristal de anatásio. As titâ-nias modificadas com até 20% de silício apresentaram notável estabilidade térmica, evidenci-ada pela presença exclusiva de anatásio até 900 C. Foi também observado o aparecimento de macroporos com diâmetro médio em torno de 55 nm após calcinação a 400 C, diferentemente do que se observou nas amostras em geral. A introdução de baixo teor de silício assegurou às titânias calcinadas valores elevados de área específica, atribuído ao efeito de contenção acentuada na taxa de crescimento do cristal. As titânias modificadas com silício e as titânias puras obtidas com taxa de hidrólise 25:1 para a razão H2O : Ti apresentaram mesoporos com diâmetros médios de mesma dimensão do cristal. As titânias modificadas com silício e dopa-das com nitrogênio apresentaram absorção na região visível entre 400-480 nm, com discreta redução da energia de band gap para as transições eletrônicas consideradas. Titânias calcina-das a 300−400 C apresentaram desempenho fotocatalítico semelhante ao TiO2 P25 da De-gussa sob irradiação UV, na degradação do azo corante Reactive Yellow 145 em soluções a-quosas em pH 5 a 20 1C

Degradação de corantes têxteis ácidos e reativos por fotocatálise heterogênea, usando TiO2 como fotocatalisador

A indústria têxtil tem como característica a geração de grandes volumes de resíduos, principalmente corantes oriundos do tingimento de fios e tecidos. Os tratamentos convencionais de efluentes têxteis são ineficazes na degradação da maioria dos corantes. A fotocatálise heterogênea vem surgindo como alternativa promissora no tratamento desses poluentes. Neste trabalho, estudou-se a degradação fotocatalítica de duas soluções, simuladas em laboratório, compostas pelos corantes ácidos Blue 74, Red 51 e Yellow 3 (efluente I) e pelos reativos Black 5, Red 239 e Yellow 17 (efluente II), além de outros produtos químicos. Testes preliminares foram realizados para otimizar o pH e a massa de catalisador (TiO2) utilizados. Além da fotocatálise, experimentos de fotólise e adsorção também foram realizados. Através de espectrofotometria UV-VIS, verificou-se um descoramento por fotocatálise de 96% em 240 min e 97% em 30 min dos efluentes I e II, respectivamente. A mineralização do efluente I foi baixa (37%) e a do efluente II desprezível, nos tempos utilizados. No banho com corantes ácidos, foram realizadas ainda análises de toxicidade com sementes de alface (Lactuca sativa). A CE50 inicial estimada foi igual a 19,28 %, sendo a toxicidade totalmente removida após 63 min de processo fotocatalítico. A fotólise não obteve a mesma eficiência da fotocatálise, mostrando a importância do catalisador na degradação. A adsorção não foi significativa para os efluentes estudados. As cinéticas de degradação fotocatalítica de todos os corantes seguiram um modelo de pseudo-primeira ordem

Sínteses e caracterizações de TiO2 puro, dopado e co-dopado pelo método sol-gel e suas atividades fotocatalíticas

Nanopartículas de dióxido de titânio vêm sendo extensamente empregadas como fotocatalisa-dores, já que são eficientes na degradação de diversos poluentes. Visando a obtenção de titâ-nias com diferentes propriedades, realizaram-se sínteses através do método sol-gel, a partir da hidrólise do tetraisopropóxido de titânio (IV) TIPP e seguindo-se os princípios da Química Verde, dispensando-se temperaturas e pressões elevadas. Foi estudada a influência de dife-rentes parâmetros, como: pH, solvente, razão molar álcool/TIPP e ordem de adição dos rea-gentes. Foram obtidas titânias na forma cristalina anatásio, nanométricas, com elevadas áreas superficiais específicas e predominantemente mesoporosas. Visando-se obter titânias com melhores propriedades óticas, isto é, capazes de sofrer a fotoativação pela luz visível, foram sintetizadas titânias dopadas e co-dopadas com os metais ferro e rutênio (Fe3+ e Ru3+) e o a-metal N (N3). A síntese desses materiais também foi realizada através do método sol-gel, sendo a dopagem realizada durante o processo de hidrólise. As amostras foram caracterizadas na forma de pó por difração de raios-X, adsorção-dessorção de nitrogênio, microscopia ele-trônica de varredura e espectroscopia de refletância difusa no UV-Visível. A titânia pura a-presentou como única fase cristalina o anatásio, quando calcinada até 400 C, com a presença de traços de brookita. A partir de 600 C, observou-se o aparecimento da fase rutilo, que em 900C foi a única fase encontrada na titânia. A dopagem com Ru3+dificultou a transformação de fase anatásio para rutilo, ao contrário da dopagem com Fe3+. O processo de co-dopagem acelerou a formação de rutilo, que se apresentou como única fase nas amostras calcinadas a 600 C. As titânias dopadas apresentaram uma leve diminuição na energia de bandgap, sendo os dopantes capazes de deslocar a absorção para o vermelho. Foram realizados testes fotoca-talíticos visando à degradação do azocorante Reactive Yellow 145 com lâmpada de vapor de mercúrio de 125 W a fim de se comparar as atividades fotocatalíticas das titânias puras, dopa-das e co-dopadas, calcinadas a 300C. De todas as titânias sintetizadas, a titânia pura foi a que melhor degradou o corante, tendo um desempenho semelhante ao do TiO2 P25, da Evo-nik

Desenvolvimento de revestimentos de óxidos mistos nanoestruturados de TiO2/Al2O3 em substratos metálicos de aço AISI 1020 e estudo das propriedades anticorrosivas

Sóis liofilizados precursores de Al2O3/TiO2, foram preparados via tecnologia sol-gel, com diferentes porcentagens de óxido de titânio (5%, 10%, 15% e 20%, em massa). Os sóis liofilizados foram caracterizados por meio de diversas análises, com o intuito de obter informações sobre o comportamento térmico, fases presentes, tamanho de partícula, composição e uniformidade das amostras. Os resultados obtidos indicam que os sóis apresentam as fases boemita e anatase, com partículas de tamanho nanométrico, tem composições muito similares quando analisadas em pontos distintos, átomos bem dispersos e distribuídos. Após esta etapa, amostras de aço AISI 1020 foram recobertas com estes sóis através do método dip-coating, o comportamento corrosivo foi estudado por meio de ensaios eletroquímicos e a morfologia das camadas, analisadas por meio de microscopias. Observou-se que as camadas eram uniformes e recobriam por completo toda a superfície das amostras, os ensaios de polarização indicaram melhorias no potencial eletroquímico para amostras recobertas, em comparação com amostras de aço sem recobrimento. O monitoramento de circuito aberto apresentou bons ajustes, indicando bom comportamento da camada. Notou-se pelas microscopias a presença de pontos de corrosão em algumas amostras antes dos ensaios, suspeitando-se que os resultados obtidos teriam sido melhores, caso houvesse um maior controle do processo de recobrimento.