In this study, the applicability of visible light-emitting-diodes (LEDs) to the photocatalytic degradation of indoor-level trichloroethylene (TCE) and perchloroethylene (PCE) over N-doped $TiO_2$ (N-$TiO_2$) was examined under a range of operational conditions. The N-$TiO_2$ photocatalyst was calcined at $650^{\circ}C$ (labeled N-650) showed the lowest degradation efficiencies for TCE and PCE, while the N-$TiO_2$ photocatalysts calcined at $350^{\circ}C$, $450^{\circ}C$, and $550^{\circ}C$ (labeled as N-350, N-450, and N-550, respectively) exhibited similar or slightly different degradation efficiencies to those of TCE and PCE. These results were supported by the X-ray diffraction patterns of N-350, N-450, N-550, and N-650. The respective average degradation efficiencies for TCE and PCE were 96% and 77% for the 8-W lamp/N-$TiO_2$ system, 32% and 20% for the violet LED/N-$TiO_2$ system, and ~0% and 4% for the blue LED/N-$TiO_2$ system. However, the normalized photocatalytic degradation efficiencies for TCE and PCE for the violet LED-irradiated N-$TiO_2$ system were higher than those from the 8-W fluorescent daylight lamp-irradiated N-$TiO_2$ system. Although the difference was not substantial, the degradation efficiencies exhibited a decreasing trend with increasing input concentrations. The degradation efficiencies for TCE and PCE decreased with increasing air flow rates. In general, the degradation efficiencies for both target compounds decreased as relative humidity increased. Consequently, it was indicated that violet LEDs can be utilized as energy-efficient light sources for the photocatalytic degradation of TCE and PCE, if operational conditions of N-$TiO_2$ photocatalytic system are optimized.
The Fe-treated CNT/$TiO_2$ photocatalysts mixed with anatase and rutile phase have been developed for the decomposition of non-biodegradable different organic dyes like methylene blue (MB), rhodamine B (Rh.B), and methyl orange (MO) in two conditions as ultraviolet and visible light respectively. The results indicate that all the Fe-CNT/$TiO_2$ composites proved to be more efficient photocatalysts since degradation of MB at higher reaction rates, tthe decomposition rate of different dyes increases with an increase of $Fe^{3+}$ concentration in composites the highest rate of decomposition of different dyes was noted under UV irradiation. These results can indicate that the large CNT network is facilitate the electron transfer and strongly adsorb dye molecules on the texted photocatalysts, iron is reactive in the photo-Fenton process resulting in high production of OH radicals and also high activity of the photocatalyst. And Fe particles can generate more photoinduced electrons to conduction band of $TiO_2$ under visible light irradiation. The composites of Fe-CNT/$TiO_2$ photocatalysts synthesized by a sol-gel method were characterized by BET, TEM, SEM, XRD and EDX.
The ZnO is able to produce hydrogen from water however it can only absorb ultraviolet region due to its 3.37eV of wide band gap. Therefore efficiency of solar hydrogen production is low. In this work we report investigation results of improved visible light photo-catalytic properties of CdSe quantum dots(QDs) sensitized ZnO nanorod heterostructures. Hydrothermally vertically grown ZnO nanorod arrays on FTO glass were sensitized with CdSe by using SILAR(successive ionic layer adsorption and reaction) method. Morphology of grown ZnO and CdSe sensitized ZnO nanorods had been investigated by FE-SEM that shows length of $2.0{\mu}m$, diameter of 120~150nm nanorod respectively. Photocatalytic measurements revealed that heterostructured samples show improved photocurrent density under the visible light illumination. Improved visible light performance of the heterostructures is resulting from narrow band gap of the CdSe and its favorable conduction band positions relative to potentials of ZnO band and water redox reaction.
Studies on visible-light-driven photocatalysis of air pollutants at indoor air quality (IAQ) levels have been limited. Current study investigated visible-light derived photocatalysis with N-doped and S-doped titanium dioxide ($TiO_2$) for the control of benzene at indoor levels. Two preparation processes were employed for each of the two types of photocatalyst: urea-Degussa P-25 $TiO_2$ and titania-colloid methods for the N-doped $TiO_2$; and titanium isopropoxid- and tetraisopropoxide-thiourea methods for the S-doped $TiO_2$. Furthermore, two coating methods (EDTA- and acetylacetone-dissolving methods) were tested for both the N-doped and S-doped $TiO_2$. The two coating methods exhibited different photocatalytic degradation efficiency for the N-doped photocatalysts, whereas they did not exhibit any difference for the S-doped photocatalysts. In addition, the two doping processes showed different photocatalytic degradation efficiency for both the S-doped and N-doped photocatalysts. For both the N-doped and S-doped $TiO_2$, the photocatalytic oxidation (PCO) efficiency increased as the hydraulic diameter (HD) decreased. The degradation efficiency determined via a PCO system with visible-light induced $TiO_2$ was lower than that with UV-light induced unmodified $TiO_2$, which was obtained from previous studies. Nevertheless, it is noteworthy that for the photocatalytic annular reactor with the HD of 0.5 cm, PCO efficiency increased up to 52% for the N-doped $TiO_2$ and 60% for the S-doped $TiO_2$. Consequently, when combined with the advantage of visible light use over UV light use, it is suggested that with appropriate HD conditions, the visible-light-assisted photocatalytic systems can also become an important tool for improving IAQ.
산화티탄은 가장 많이 연구된 반도체 산화물로 환경 정화와 에너지 생산에 응용이 크게 기대되고 있다. 공기와 물 속의 유해 유기물을 제거하고 물분해를 통한 수소 생산은 대표적인 응용 분야이다. 산화티탄의 저렴한 가격, 낮은 독성, 화학적 및 열적 안정성은 잘 알려진 장점이다. 그러나, 산화티탄의 단점은 가시광 영역에서 광촉매 활성이 낮다는 점이다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 귀금속, 금속, 양이온, 음이온 도핑 방법으로 산화티탄의 표면과 전기적 구조를 변형시켜 가시광 영역에서 광촉매 활성을 높이기 위한 연구가 많이 진행되고 있다. 이번 총설에서는 산화티탄의 가시광 감응을 유도하는 방법에 대한 광범위한 정보를 정리하였다.
Jeong, Bora;Park, Eun Ji;Jeong, Myung-Geun;Yoon, Hye Soo;Kim, Young Dok
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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pp.130.1-130.1
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2013
We made attempts to improve photocatalytic activity of $TiO_2$ nanoparticles under visible light exposure by combining two additional treatments. N-doping of $TiO_2$ by ammonia gas treatment at $600^{\circ}C$ increased absorbance of visible light. By coating thin film of polydimethylsiloxane (PDMS), and subsequent vacuum-annealing at $800^{\circ}C$, $TiO_2$, became more hydrophilic, thereby enhancing photocatalytic activity of $TiO_2$. Four types of $TiO_2$ samples were prepared, bare-$TiO_2$, hydrophilic-modified $TiO_2$ ($h-PDMS/TiO_2$), N-doped $TiO_2$ ($N/TiO_2$) and hydrophilic-modified and N-doped $TiO_2$ ($h-PDMS/N/TiO_2$). Adsorption capability was evaluated under dark condition and photocatalytic activity of $TiO_2$ was evaluated by photodegradation of MB under blue LED (400 nm< ${\lambda}$) irradiation. N-doping on $TiO_2$ was characterized using XPS and hydrophilic modification of $TiO_2$ surface was analyzed by FT-IR spectrometer. It was found that N-doping and hydrophilic modification both had positive effect on enhancing adsorption capability and photocatalytic activity of $TiO_2$ at the same time. Particularly, N-doping enhanced visible light absorption of $TiO_2$, whereas hydrophilic surface modification increased MB adsorption capacity. By combining these two strategies, photocatalytic acitivity under visible light irradiation became the sum of individual effects of N-doping and hydrophilic modification.
CdZnS/ZnO 복합체를 저온에서의 침전 및 건조 과정을 거쳐 제조한 다음, 가시광선 조사하에서 로다민 B 염료의 광분해에 대한 광촉매로서의 활성 특히 광촉매 재활용 특성에 대해 중점을 두고 고찰하였다. 광반응 과정에서의 광촉매 변화를 조사하기 위해 X선 회절분석기, 전계방사형 주사전자현미경, X-선 광전자 분광법, UV-vis 확산반사 분광법 그리고 광자발광 분광기 등을 이용하여 반응 전후의 광촉매 시료에 대해 물성분석을 행하였다. 계속적으로 반복되는 반응을 통하여 CdZnS/ZnO 광촉매는 보다 향상되고 안정된 활성을 나타냄을 볼 수 있었다. 로다민 B의 광분해반응에 대해 가능한 두 가지의 반응기구 중에서도 본 연구에서는 발색단 골격의 탈알킬화 반응보다는 발색단 콘쥬케이트 구조의 절단 과정을 거쳐 주로 반응이 진행되는 것으로 확인되었다. 이러한 결과들로부터 단순 침전법으로 용이하게 제조할 수 있는 CdZnS/ZnO는 비교적 높은 활성과 재활용성을 지닌 가시광선용 광촉매로 사용 가능하다는 것을 알 수 있었다.
Kim, Sun-Woo;Khan, Romana;Kim, Tae-Jeong;Kim, Wha-Jung
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제29권6호
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pp.1217-1223
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2008
A series of Zr,S co-doped $TiO_2$ were synthesized by a modified sol-gel method and characterized by various spectroscopic and analytical techniques. The presence of sulfur caused a red-shift in the absorption band of $TiO_2$. Co-doping of sulfur and zirconium (Zr-$TiO_2$-S) improves the surface properties such as surface area, pore volume, and pore diameter and also enhances the thermal stability of the anatase phase. The Zr-$TiO_2$-S systems are very effective visible-light active catalysts for the degradation of toluene. All reactions follow pseudo firstorder kinetics with the decomposition rate reaching as high as 77% within 4 h. The catalytic activity decreases in the following order: Zr-$TiO_2$-S >$TiO_2$-S >Zr-$TiO_2$>$TiO_2$$\approx$ P-25, demonstrating the synergic effect of codoping with zirconium and sulfur. When the comparison is made within the series of Zr-$TiO_2$-S, the catalytic performance is found to be a function of Zr-contents as follows: 3 wt % Zr-TiO2-S >0.5 wt % Zr-$TiO_2$-S> 5 wt % Zr-$TiO_2$-S >1 wt % Zr-$TiO_2$-S. Higher calcination temperature decreases the reactivity of Zr-$TiO_2$-S.
An, HyeLan;Kang, Leeseung;Ahn, Hyo-Jin;Choa, Yong-Ho;Lee, Chan Gi
한국세라믹학회지
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제55권3호
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pp.267-274
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2018
$TiO_2/CuS$ nanocomposites were fabricated by precipitation of nanosized CuS via sonochemical method on electrospun $TiO_2$ nanofibers, and their structure, chemical bonding states, optical properties, and photocatalytic activity were investigated. In the $TiO_2/CuS$ nanocomposite, the position of the conduction band for CuS was at a more negative than that of TiO; meanwhile, the position of the valence band for CuS was more positive than those for TiO, indicating a heterojunction structure belonging to type-II band alignment. Photocatalytic activity, measured by decomposition of methylene blue under visible-light irradiation (${\lambda}$ > 400 nm) for the $TiO_2/CuS$ nanocomposite, showed a value of 85.94% at 653 nm, which represented an improvement of 52% compared to that for single $TiO_2$ nanofiber (44.97% at 653 nm). Consequently, the photocatalyst with $TiO_2/CuS$ nanocomposite had excellent photocatalytic activity for methylene blue under visible-light irradiation, which could be explained by the formation of a heterojunction structure and improvement of the surface reaction by increase in surface area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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