Mechanistic study of nitrogen-modified titanium dioxide nanoparticles for enhancing the degradation of organic dyes and antibacterial properties under visible-light irradiation

光催化 材料科学 甲基橙 二氧化钛 罗丹明B 可见光谱 纳米颗粒 化学工程 光化学 纳米技术 有机化学 催化作用 复合材料 化学 冶金 工程类 光电子学
作者
Xinyue Cao,Yijiang Chen,Jianglong Tang,Huimin Zhang,Xiaoning Tang,Xiaoning Tang
出处
期刊:Materials today communications [Elsevier BV]
卷期号:35: 106166-106166 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.mtcomm.2023.106166
摘要

Titanium oxide sulfate, the raw material for one of the industrial preparation methods of titanium dioxide (TiO2), and urea as the nitrogen source were used to synthesize N-modified TiO2 materials (N-TiO2) with different chemical bonding of N elements by a relatively simple homogeneous co-precipitation method, providing a theoretical basis and experimental foundation for the industrial preparation of N-TiO2 photocatalytic materials. According to the analysis of its microscopic morphology, structural composition, and optoelectronic properties, the material consisted of porous spherical clusters formed by the aggregation of spherical nanoparticles. Nitrogen atoms were uniformly distributed on the surface of the material, causing a red shift in its optical response range and a reduction in the electron-hole recombination rate, which contributed to the photocatalytic performance of the material. The conducted photocatalytic degradation experiments of methyl orange and rhodamine B revealed that both dyes can be effectively degraded under visible-light conditions. Methyl orange interacted with the oxygen vacancies and Brønsted acid sites on the surface of the material, converting from an azo structure to a more degradable quinoid structure. In antibacterial experiments, N-TiO2 demonstrated excellent antibacterial properties, which led to a preliminary discussion of its antibacterial mechanism. According to electron paramagnetic resonance investigations and reactive oxygen species (ROS) scavenging experiments, the material can generate multiple ROS at the same time, among which·OH is the key active substance.
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