Antenna mechanism and deaggregation concept: novel mechanistic principles for photocatalysis - 14/02/08


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Abstract |
TiO2 photocatalysis has attracted considerable scientific and practical interest during the last three decades. One major current direction in this research area is the design and preparation of novel TiO2-based photocatalysts possessing high photocatalytic activity to satisfy the requirements for practical applications. For the development of successful strategies to achieve this goal it is, however, of utmost importance to improve the mechanistic understanding of the basic principles of photocatalysis. Therefore, various nanosized TiO2 photocatalysts including pure TiO2, Fe(III)-doped TiO2 and platinized TiO2 have been synthesized in our laboratories and their photocatalytic activity has been studied in detail. Several unexpected results have been obtained during these investigations and two new mechanistic models have consequently been developed for their explanation. On the one hand, it was observed that Fe(III)-doped TiO2 nanoparticles form extended networks in aqueous suspensions with the particles being attached in a way that their atomic planes are aligned parallel to one another. Through the so-called Antenna Mechanism the resulting energetic coupling throughout a long chain of titania nanoparticles will enable an energy and/or exciton transfer from the particle where the initial photon absorption took place to the particle where the electron transfer process finally occurs. On the other hand, the so-called deaggregation concept was introduced to explain a 50% increase of the quantum yield when methanol was photocatalytically oxidized in aqueous suspensions of platinized TiO2 nanoparticles employing pulsed laser excitation instead of continuous illumination. Within each individual laser pulse, the ensemble of nanoparticles absorbs sufficient energy to initiate the deaggregation of the particle network held together by hydrogen bonds thus opening up additional surface area for methanol adsorption and oxidation. To cite this article: C.-yi Wang et al., C. R. Chimie 9 (2006).
Le texte complet de cet article est disponible en PDF.Résumé |
La photocatalyse sur TiO2 a fait l'objet d'un intérêt considérable au cours des trois dernières décades. Une des principales voies dans ce domaine de recherche est la conception et la préparation de nouveaux photocatalyseurs impliquant TiO2 et ayant une forte activité photocatalytique pour satisfaire aux exigences des applications pratiques. Cependant, afin de développer des statégies efficaces pour atteindre ce but, il est d'une importance capitale d'améliorer la compréhension mécanistique des principes de base de la photocatalyse. Dans ce but, divers photocatalyseurs de taille nanométrique, incluant le TiO2 pur, des TiO2 dopés au Fe(III) et des TiO2 platinés, ont été synthétisés dans notre laboratoire et leur activité photocatalytique a été étudiée en détail. Plusieurs résultats inattendus ont été obtenus au cours de cette étude et, en conséquence, deux nouveaux modèles mécanistiques ont été développés pour les expliquer. D'une part, il a été observé que les nanoparticules de TiO2 dopé au Fe(III) forment de larges réseaux en suspension aqueuse. Les particules sont liées entre elles de telle façon qu'elles forment des plans alignés parallèlement les uns aux autres. Ce qui est appelé effet d'antenne réside dans le couplage énergétique le long d'une longue chaîne de particules nanométriques qui rend possible un transfert d'énergie et/ou un transfert d'exciton de la particule qui a initialement absorbé le photon à celle où se produit finalement le processus de transfert d'électron. D'autre part, l'introduction du concept de désagrégation permet d'expliquer l'augmentation de 50% du rendement quantique lorsque du méthanol est photocatalytiquement oxydé en présence d'une suspension de TiO2 nanométrique platiné, en utilisant une excitation par laser pulsé au lieu d'une irradiation continue. Au cours de chaque impulsion laser, l'ensemble des particules nanométriques absorbe suffisamment d'énergie pour amorcer la désagrégation du réseau de particules maintenues ensemble par liaison hydrogène, ce qui entraîne l'accès à une nouvelle zone de la surface pour l'adsorption et l'oxydation du méthanol. Pour citer cet article : C.-yi Wang et al., C. R. Chimie 9 (2006).
Le texte complet de cet article est disponible en PDF.Keywords : Nanosized TiO2, Fe(III)-doping, Platinization, Network structure, Antenna effect, Deaggregation, Photocatalysis
Mots clés : TiO2 nanométrique, Dopage au Fe(III), Dépôt de platine, Structure en réseau, Effet d'antenne, Désagrégation, Photocatalyse
Plan
Vol 9 - N° 5-6
P. 761-773 - mai-juin 2006 Retour au numéroBienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
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