Gas-Phase Nitrogen Doping of Monolithic TiO2 Nanoparticle-Based Aerogels for Efficient Visible Light-Driven Photocatalytic H2 Production

材料科学 光催化 可见光谱 掺杂剂 纳米颗粒 化学气相沉积 化学工程 兴奋剂 纳米技术 二氧化钛 分解水 吸收(声学) 催化作用 光电子学 复合材料 有机化学 工程类 化学
作者
Junggou Kwon,Kyoungjun Choi,Murielle Schreck,Tian Liu,Elena Tervoort,Markus Niederberger
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (45): 53691-53701 被引量:45
标识
DOI:10.1021/acsami.1c12579
摘要

The development of visible light-active photocatalysts is essential for increasing the conversion efficiency of solar energy into hydrogen (H2). Here, we present a facile method for nitrogen doping of monolithic titanium dioxide (TiO2) nanoparticle-based aerogels to activate them for visible light. Plasma-enhanced chemical vapor deposition at low temperature enables efficient incorporation of nitrogen into preformed TiO2 aerogels without compromising their advantageous intrinsic characteristics such as large surface area, extensive porosity, and nanoscale properties of the semiconducting building blocks. By balancing the dopant concentration and the defects, the nitridation improves optical absorption and charge separation efficiency. The nitrogen-doped TiO2 nanoparticle-based aerogels loaded with palladium (Pd) nanoparticles show a significant enhancement in visible light-driven photocatalytic H2 production (3.1 mmol h-1 g-1) with excellent stability over 5 days. With this method, we introduce a powerful tool to tune the properties of nanoparticle-based aerogels after synthesis for a specific application, as exemplified by visible light-driven H2 production.
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