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Local structure of V dopants in TiO2 nanoparticles for photocatalysis

Doping with transition metals enhances light absorption in TiO2 nanoparticles improving photocatalytic efficiency. Using X-ray absorption spectroscopy we demonstrate that V occupies substitutional sites in the TiO2 structure, irrespective of whether it is similar to rutile, anatase or mixed.
Local atomic structure of V dopants (yellow) in the rutile (left) and anatase (right) structure and corresponding X-ray absorption spectra.

DIFA Authors/Autori: G. Rossi, M. Calizzi, L. Pasquini, F. Boscherini

DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b12045

Link: www.esrf.eu

Doping with transition metals is an effective method to enhance visible light absorption in TiO2 nanoparticles and to improve the efficiency of many photocatalytic processes under solar radiation. A determination of the incorporation site of the dopant and an understanding of the local bonding arrangement and electronic structure is a necessary step for knowledge – based materials design. In this paper, we report an in-depth X-ray Absorption Spectroscopy study of V dopants in TiO2 nanoparticles deposited by gas phase condensation with a local structure similar to anatase, rutile or intermediate. The combination of K and L edge spectra in the pre-edge, edge, and extended energy regions with full potential ab-initio spectral simulations shows that V ions occupy substitutional cationic sites in TiO2, irrespective of its crystalline structure.

These results have been published in J. Phys. Chem. C 120, 7457 (2016)

Struttura locale del V in nanoparticelle di TiO2 per la fotocatalisi

Il drogaggio con metalli di transizione aumenta l’assorbimento della luce e l’efficienza fotocatalitica in nanoparticelle di TiO2. Mediante spettroscopia di assorbimento di raggi X dimostriamo che il V occupa siti sostituzionali nella struttura del TiO2, sia essa di tipo rutilo, anatasio o mista.

Il drogaggio con metalli di transizione è un metodo efficace per aumentare l’assorbimento della luce visibile nelle nanoparticelle di TiO2 e per migliorare l’efficienza di molti processi fotocatalitici indotti dall’assorbimento della luce solare. Uno sviluppo avanzato del materiale e dei dispositivi basati su di esso richiedono la determinazione del sito di incorporazione del drogante ed una comprensione della struttura atomica ed elettronica locale. In questo articolo, riportiamo il risultato di uno studio mediante spettroscopia di assorbimento di raggi X della struttura locale del V in nanoparticelle di TiO2 depositate mediante condensazione da fase vapore con struttura rutilo, anatasio o mista. Utilizzando una combinazione di spettri alle soglie K ed L nella regione di pre – soglia, di soglia e nella regione spettrale estesa e simulazioni ab – initio con potenziale non approssimato, dimostriamo che il V occupa siti cationici sostituzionali nel TiO2, indipendentemente dal tipo di struttura cristallina.

Questi risultati sono stati pubblicati in J. Phys. Chem. C 120, 7457 (2016)