Synergy of Ag and Interfacial Oxygen Vacancies on TiO2 for Highly Efficient Photocatalytic Production of H2O2

材料科学 光催化 氧气 化学工程 生产(经济) 纳米技术 催化作用 生物化学 工程类 宏观经济学 经济 有机化学 化学
作者
Yachao Wang,Lingfang Liu,Yaxiong Wei,Xinsheng Xu,Guofeng Zhao,Rui Zhong,Cong Fu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (38): 50879-50886 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acsami.4c11426
摘要

Photocatalytic H2O2 production stands as a promising sustainable technology for chemical synthesis. However, rapid charge recombination and limited oxygen adsorption by photocatalysts often limit its efficiency. Herein, we demonstrate that the synergy of Ag and interfacial oxygen vacancies on TiO2 could overcome these challenges. The optimized Ag/TiO2-50 photocatalyst achieved an impressive H2O2 production rate of 12.9 mmol h-1 g-1 and maintained a steady-state concentration of 12.8 mM, significantly outperforming most TiO2-based photocatalysts documented in the literature. Detailed mechanistic studies, aided by TAS, in situ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and in situ electron paramagnetic resonance (EPR) techniques, indicate that the oxygen vacancies at the Ag-TiO2 interface act as an interfacial hole trap, inducing a directional hole transfer. This, coupled with Ag acting as an electron acceptor, synergistically boosts the electron-hole separation. Additionally, the increased amount of oxygen vacancies at the Ag-TiO2 interface of Ag/TiO2-50 leads to enhanced O2 adsorption, thus contributing to its superior catalytic performance. This study provides valuable insights into interfacial traps in the charge transfer process and highlights the potential of interface regulation for achieving efficient photocatalytic conversion.
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