Synthesis of 2D anatase TiO2 with highly reactive facets by fluorine-free topochemical conversion of 1T-TiS2 nanosheets

锐钛矿 材料科学 纳米片 纳米技术 纳米材料 化学工程 剥脱关节 试剂 光催化 石墨烯 催化作用 化学 有机化学 工程类
作者
Marco Zarattini,Chaochao Dun,Liam H. Isherwood,Alexandre Felten,Jonathan Filippi,Madeleine P. Gordon,Linfei Zhang,Omar Kassem,Xiuju Song,Wenjing Zhang,Robert Ionescu,Jarrid A. Wittkopf,Aliaksandr Baidak,Helen Holder,Carlo Santoro,Alessandro Lavacchi,Jeffrey J. Urban,Cinzia Casiraghi
出处
期刊:Journal of materials chemistry. A, Materials for energy and sustainability [Royal Society of Chemistry]
卷期号:10 (26): 13884-13894 被引量:17
标识
DOI:10.1039/d1ta06695a
摘要

Two-dimensional (2D) anatase titanium dioxide (TiO2) is expected to exhibit different properties as compared to anatase nanocrystallites, due to its highly reactive exposed facets. However, access to 2D anatase TiO2 is limited by the non-layered nature of the bulk crystal, which does not allow use of top-down chemical exfoliation. Large efforts have been dedicated to the growth of 2D anatase TiO2 with high reactive facets by bottom-up approaches, which relies on the use of harmful chemical reagents. Here, we demonstrate a novel fluorine-free strategy based on topochemical conversion of 2D 1T-TiS2 for the production of single crystalline 2D anatase TiO2, exposing the {001} facet on the top and bottom and {100} at the sides of the nanosheet. The exposure of these faces, with no additional defects or doping, gives rise to a significant activity enhancement in the hydrogen evolution reaction, as compared to commercially available Degussa P25 TiO2 nanoparticles. Because of the strong potential of TiO2 in many energy-based applications, our topochemical approach offers a low cost, green and mass scalable route for production of highly crystalline anatase TiO2 with well controlled and highly reactive exposed facets.

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