Fabrication of Photocatalytic Paper Using TiO2 Nanoparticles Confined in Hollow Silica Capsules

作者
Kensei Fujiwara,Yasutaka Kuwahara,Yuki Sumida,Hiromi Yamashita
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:33 (1): 288-295 被引量:46
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.6b04003
摘要

TiO 2 nanoparticles (NPs) encapsulated in hollow silica spheres (TiO 2 @HSSs) show a shielding-effect that can insulate photocatalytically active TiO 2 NPs from the surrounding environment and thus prohibit the self-degradation of organic support materials under ultraviolet (UV)-light irradiation. In this study, photocatalytically active papers were fabricated by combining TiO 2 @HSS and cellulose fibers, and their photocatalytic activities and durability under UV-light irradiation were examined. The yolk–shell nanostructured TiO 2 @HSS, which has an ample void space between inner TiO 2 NPs and an outer silica shell, was synthesized using a facile single-step method utilizing an oil-in-water microemulsion as an organic template. The thus-prepared TiO 2 @HSS particles were deposited onto a cellulose paper either by the chemical adhesion process via ionic bonding or by the physical adhesion process using a dual polymer system. The obtained paper containing TiO 2 @HSS particles with high air permeability exhibited a higher photocatalytic activity in the photocatalytic decomposition of volatile organic compounds than unsupported powdery TiO 2 @HSS particles because of the uniform dispersion on the paper with a reticular fiber network. In addition, the paper was hardly damaged under UV-light irradiation, whereas the paper containing naked TiO 2 NPs showed a marked deterioration with a considerably decreased strength, owing to the ability of the silica shell to prevent direct contact between TiO 2 and organic fibers. This study can offer a promising method to fabricate photocatalytically active papers with a photoresistance property available for real air cleaning.

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