A simple method of depositing titanium dioxide ($TiO_2$) nanoparticles onto graphene oxide (GO) as a catalytic support was devised for photocatalytic degradation of methylene blue (MB). Thiol groups were utilized as linkers to secure the $TiO_2$ nanoparticles. The resultant GO-supported $TiO_2$ (GO-$TiO_2$) sample was characterized by transmission electron microscopy (TEM), near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements, revealing that the anatase $TiO_2$ nanoparticles had effectively anchored to the GO surface. In the photodegradation of MB, GO-$TiO_2$ exhibited remarkably enhanced photocatalytic efficiency compared with thiolated GO and pure $TiO_2$ nanoparticles. Moreover, after five-cycle photodegradation experiment, no obvious deactivation was observed. The overall results showed that thiolated GO provides a good support substrate and, thereby, enhances the photodegradation effectiveness of the composite photocatalyst.
$Au@TiO_2$ core-shell decorated rGO nanocomposite (NC) was prepared using a simple solvothermal method followed by heat treatment for gas sensor application. The crystal structure and morphology of the composites were characterized by X-ray powder diffraction and transmission electron microscopy, respectively. The $NO_2$ sensing response of the $Au@TiO_2/rGO$ NC was tested at operating temperatures from $250^{\circ}C$ to $500^{\circ}C$, and was compared with those of the bare rGO and $Au@TiO_2$ core-shell NPs. The $Au@TiO_2/rGO$ NC-based sensor showed a far higher response than the rGO or $Au@TiO_2$ core-shell based sensors, with the maximum response detected when the operating temperature was $400^{\circ}C$. This improved response was due to the high rGO gas absorption capability for $NO_2$ gas and the catalytic effect of $Au@TiO_2$ core-shell NPs in oxidizing $NO_2$ to $NO_3$.
In this study, we synthesized a combination of graphene oxide (GO) and titanium dioxide (TiO2) and confirm that GO can be used for CO2 photoreduction. TiO2 exhibited highly efficient combination with other conventional electric charges generated by these paration phenomenon for suppression of hole-electron recombination. This improved the efficiency of CO2 photoreduction. The synthetic form of GO-TiO2 used in this study was agraphene sheet surrounded by TiO2 powder. Efficiency and stability were enhanced by combination of GO and TiO2. In a CO2 photoreduction experiment, the highest CO conversion rate was 0.652 μmol/g·h in GO10-TiO2 (2.3-fold that of pure TiO2) and the highest CH4 production rate was 0.037 μmol/g·h in GO0.1-TiO2 (2.4-fold that of pure TiO2). GO enhances photocatalytic efficiency by functioning as a support and absorbent, and enabling charge separation. With increasing GO concentration, the CH4 level decreases to~45% due to decreased transfer of electrons. In this study, TiO2 together with GO yielded a different result than the normal doping effect and selective CO2 photoreduction.
In this study $TiO_2$/reduced graphene oxide ($TiO_2/rGO$) bipyramid with tunable nanostructure was fabricated by two-step solvothermal process and subsequent heat-treatment in air. The as-synthesized anatase $TiO_2$ nanocrystals possessed morphological bipyramid with exposed dominantly by (101) facets. Polyethylenimine was utilized during the combination of $TiO_2$ and graphene oxide (GO) to tune the surface charge, hindering the restack of graphene during solvothermal process and resulting in 1 to 5 layers of rGO wrapped on $TiO_2$ surface. After a further calcination, a portion of carbon quantum dots (CQDs) with a diameter about 2 nm were produced owing to the oxidizing and cutting of rGO on $TiO_2$. The as-prepared $TiO_2/rGO$ hybrid showed a highly photocatalytic activity, which is about 3.2 and 7.7 times enhancement for photodegradation of methyl orange with compared to pure $TiO_2$ and P25, respectively. We assume that the improvement of photocatalysis is attributed to the chemical bonding between rGO/CQDs and $TiO_2$ that accelerates photogenerated electron-hole pair separation, as well as enhances light harvest.
독창적 물질인 $Bi_2WO_6-GO-TiO_2$ 나노복합체를 쉬운 수열법에 의해 성공적으로 합성하였다. 수열반응을 하는 동안, 그래핀 시트 위에 $Bi_2WO_6$와 $TiO_2$를 도포하였다. 합성한 $Bi_2WO_6-GO-TiO_2$ 복합체형 광촉매는 X-선 회절법(XRD), 주사전자현미경(SEM), 에너지 분산 X-선(EDX) 분석, 투과전자현미경(TEM), 라만분광법, UV-Vis 확산반사 분광법(UV-vis-DRS), 및 X-선 광전자분광기(XPS)에 의하여 특성화하였다. $Bi_2WO_6$ 나노입자는 불규칙한 dark-square block 나노 플페이트 형상을 보였으며, 이산화티탄 나노입자는 퀜텀 도트 사이즈로 그래핀 시트 위 표면을 덮고 있었다. 로다민 비의 분해는 농도감소의 측정과 함께 UV 분광법에 의하여 관찰하였다. 합성된 물질의 광촉매 반응은 Langmuir-Hinshelwood 모델과 띠 이론으로 설명하였다.
Graphene oxide (GO)-titania composites have emerged as an attractive heterogeneous photocatalyst that can enhance the photocatalytic activity of $TiO_2$ nanoparticles owing to their potential interaction of electronic and adsorption natures. Accordingly, $TiO_2$-GO mixtures were synthesized in this study using a simple chemical mixing process, and their heterogeneous photocatalytic activities were investigated to determine the degradation of airborne organic pollutants (benzene, ethyl benzene, and o-xylene (BEX)) under different operational conditions. The Fourier transform infrared spectroscopy results demonstrated the presence of GO for the $TiO_2$-GO composites. The average efficiencies of the $TiO_2$-GO mixtures for the decomposition of each component of BEX determined during the 3-h photocatalytic processes were 26%, 92%, and 96%, respectively, whereas the average efficiencies of the unmodified $TiO_2$ powder were 3%, 8%, and 10%, respectively. Furthermore, the degradation efficiency of the unmodified $TiO_2$ powder for all target compounds decreased during the 3-h photocatalytic processes, suggesting a potential deactivation even during such a short time period. Two operational conditions (air flow entering into the air-cleaning devices and the indoor pollution levels) were found to be important factors for the photocatalytic decomposition of BEX molecules. Taken together, these results show that a $TiO_2$-GO mixture can be applied effectively for the purification of airborne organic pollutants when the operating conditions are optimized.
To investigate surface properties and interception performances of the new modified PVDF membrane coated with Graphene Oxide (GO) and nano-$TiO_2$ (for short the modified membrane) via the interface polymerization method combined with the pumping suction filtration way, filtration experiments of the modified membrane on Humic Acid (HA) were conducted. Results showed that the contact angle (characterizing the hydrophilicity) of the modified membrane decreased from $80.6{\pm}1.8^{\circ}$ to $38.6{\pm}1.2^{\circ}$. The F element of PVDF membrane surface decreased from 60.91% to 17.79% after covered with GO and $TiO_2$. O/C element mass ratio has a fivefold increase, the percentage of O element on the modified membrane surface increased from 3.83 wt% to 20.87%. The modified membrane surface was packed with hydrophilic polar groups (like -COOH, -OH, C-O, C=O, N-H) and a functional hydrophilic GO-polyamide-$TiO_2$ composite configuration. This configuration provided a rigid network structure for the firm attachment of GO and $TiO_2$ on the surface of the membrane and for a higher flux as well. The total flux attenuation rate of the modified membrane decreased to 35.6% while 51.2% for the original one. The irreversible attenuation rate has dropped 71%. The static interception amount of HA on the modified membrane was $158.6mg/m^2$, a half of that of the original one ($295.0mg/m^2$). The flux recovery rate was increased by 50%. The interception rate of the modified membrane on HA increased by 12% approximately and its filtration cycle was 2-3 times of that of the original membrane.
Rod shaped Potassium hexatitanate ($K_2Ti_6O_{13}$) was synthesized from colloidal mixture of $TiO_2$, KOH and graphene oxide (GO) by aerosol spray drying and post heat treatment. Firstly, $TiO_2-KOH-GO$ composites were fabricated by aerosol spray drying in argon atmosphere. The composites were then calcined to form a rod shaped morphology of potassium titanate (KTO) in the presence of graphene at $900^{\circ}C$ for 3 h in argon atmosphere. Finally, the rod shaped KTO was obtained after removal of graphene (GR) at $800^{\circ}C$ and 3 h in air atmosphere. Characterization of the synthesized $K_2Ti_6O_{13}$ was carried out using the XRD, BET and FE-SEM. The length and diameter of the synthesized $K_2Ti_6O_{13}$ could be controlled by weight fraction of GO in the aerosol precursor. The length of $K_2Ti_6O_{13}$ rod increased with decreasing its diameter as GO concentration increased. The aspect ratio of the synthesized $K_2Ti_6O_{13}$ rod was controlled from 5 to 13.
산업이 발달하면서 다양한 화학물질이 배출되고 이로 인하여 환경이 오염되고 있으며, 특히, 대부분의 유기 화합물은 대기오염에 많은 영향을 주는 물질로 알려져 있다. 최근 유기 화합물을 제거하기 위해서 UV와 가시광에서 반응하는 광촉매 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 밴드갭에 변화를 주는 doped $TiO_2$와 가시광에서 반응하는 조촉매를 이용하여 광촉매의 특성을 향상시키는 coupled $TiO_2$를 제조하였다. Doped $TiO_2$를 제조하기 위해서 비금속 물질인 질소(nitrogen)을 사용하였고, coupled $TiO_2$는 graphine oxide(GO)를 환원하여 $TiO_2$-RGO 촉매를 제조하였다. N-$TiO_2$와 $TiO_2$-RGO의 광학 특성을 평가하기 위해서 UV/Vis 분광광도계를 사용하였다. Methylene blue(MB)와 methyl orange(MO)가 분해되는 반응을 통해서 N-$TiO_2$와 $TiO_2$-RGO의 광촉매 특성을 평가하였다. 또한, MB와 MO 분해 테스트에 395 nm long pass filter를 이용하여 가시광에서의 광촉매 활성을 평가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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