N-doped TiO 2 with stable surface Ti 3+ for visible light photocatalytic hydrogen production

光催化 制氢 兴奋剂 可见光谱 氢 材料科学 化学工程 分析化学(期刊) 核化学 无机化学 催化作用 化学 光电子学 环境化学 有机化学 工程类
作者
Jieming Chen,Yuchun Zhang,Yao Li,Peng Fu,Zhiyu Li
出处
期刊:Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, And Environmental Effects [Taylor & Francis]
卷期号:47 (1): 11946-11956 被引量:1
标识
DOI:10.1080/15567036.2025.2505191
摘要

Pure TiO2 exhibits limited responsiveness to visible light, while the doping of Ti3+ significantly enhances its absorption efficiency in the visible spectrum, improving the efficiency of photogenerated electron utilization. However, during the direct reduction of TiO2 using NaBH4, the instability of surface Ti3+ ions and their susceptibility to oxidation in air limit their performance in photocatalytic applications. Nitrogen doping into TiO2 effectively addresses this issue, improving the stability of Ti3+ ions and significantly enhancing visible-light-driven photocatalytic activity. Experimental results indicate that reducing 1 g of TiO2 with 0.2 g of NaBH4, followed by calcination in an ammonia environment at 300℃, yields a catalyst with optimal visible-light photocatalytic hydrogen evolution activity, achieving a hydrogen production rate of 847.8 μmol h−1 g−1, representing a 177-fold enhancement over pristine anatase TiO2. After modification, the band gap of the catalyst decreased from 3.2 eV to 2.83 eV. This study elucidates the synergistic effects among Ti3+ species, nitrogen dopants, and oxygen vacancies in TiO2-based photocatalysts, demonstrating their crucial roles in enhancing visible-light-driven hydrogen evolution.
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