Asit veya baz muamelesi ile aktivitesi arttırılmış TiO2 fotokatalizörler ile aromatik alkollerin yükseltgenmesi

Abstract

Bu çalışmada anataz TiO2 fotokatalizörleri (Merck ve BDH) farklı sıcaklıklarda asit veya baz muamelesine tabi tutulmuştur. Bu fotokatalizörlerin aktivite testleri 3-piridinmetanol, 4-metoksibenzil alkol ve 5-(hidroksimetil)-2-furaldehitin seçici fotokatalitik yükseltgenme tepkimeleri ile çevre dostu koşullarda gerçekleştirilmiştir. Katalizörler XRD, TGA, BET, TEM, Fotolüminesans, FT-IR, Raman, DRS ve Fotoakım teknikleriyle karakterize edilmiştir. Asit veya baz muameleli katalizörler muamelesiz olanlara kıyasla çok daha yüksek fotokatalitik aktivite göstermiştir. Bu muameleler kısmi yükseltgenme ürünlerine karşı seçicilik değerlerinde bir iyileşme göstermemesine karşın, reaksiyon hızını arttırdığından ürün verimi de artmıştır. Katalizörlerin zararlı bileşiklerin bertarafında da etkin bir şekilde kullanılabileceğini göstermek için, geliştirilen katalizörlerle 4-nitrofenol etkin bir şekilde fotokatalitik bozundurulmuştur. Katalizörlerin aktivitesini daha da iyileştirmek için asit veya baz muameleli ve muamelesiz TiO2 katalizörlere fotoindirgenme metoduyla Pt nanoparçacıkları katkılanmıştır. TiO2 yüzeyindeki platin, elektronların TiO2 iletkenlik bandından Pt nanoparçacıklarına geçişine neden olan elektron çekici olarak işlev görmüş ve böylece fotokatalitik işlem için gerekli olan Pt-TiO2 üzerindeki elektron-boşluk (e-/h+) çiftlerinin sayısını artırmıştır. Pt katkılamanın katalizörleri iyileştirme etkisi yaklaşık olarak basit ve ucuz bir yöntem olan asit veya baz muamelesi kadar olduğu belirlenmiştir. Muameleli katalizörler 700 ˚C’lik bir ısıl muamele sonrasında bile kazandıkları fotokatalitik aktiviteyi önemli miktarda korumuştur. Katalizörlerin yapısal karakterizasyonları ile anataz kristal yüzeyinde düzensiz tabakanın asit veya baz muamelesiyle arttığı belirlenmiştir. Fotolüminesans ve fotoakım analizleri, asit veya baz muamelesiyle katalizörlerin e-/h+ tekrar birleşme hızlarının değişmediğini, bununla birlikte fotokatalizör yüzeyindeki fotoaktif bölgelerin önemli oranda arttığını göstermektedir.

Anatase TiO2 samples (Merck and BDH) were treated in acid or basic solutions at different temperatures and tested for the photocatalytic partial oxidation of 3- pyridinemethanol, 4-methoxybenzyl alcohol and 5-(hydroxymethyl)-2-furaldehyde in environment friendly conditions. Catalysts characterization has been carried out by XRD, TGA, BET, TEM, Photoluminescence, FT-IR, Raman, DRS and Photocurrent analyses. The acid and basic treated samples showed higher photocatalytic activity than the untreated ones; the products yields greatly increased even though the treatments did not improve the selectivity towards the partial oxidation products. Efficient photocatalytic degradation of 4-nitrophenol was also performed to show that these catalysts could be used for degradation of harmfull substrates. In order to further improve the acid or alkaline traated samples activity, Pt was used to decorate both untreated and treated TiO2; Pt acts as electron scavenger leading to the electrons transfer from TiO2 conduction band to Pt clusters, thereby boosting the number of photogenerated pairs available for the reaction process. Pt loading determined an improvement of samples reactivity as much as the acid and basic treatment did. Treated catalysts significantly maintained their reactivity performances even after a thermal treatment at 700 °C. The catalysts structural characterization showed that the disordered layer present on anatase crystals surface increased by acid and basic treatment. Photoluminescence and photocurrent analyses show that the recombination rates of e - /h+ on the catalysts surface were not changed by acid or alkaline effect, while photoactive sites on the photocatalyst surface were increased significantly.