Surface modified semiconductors with metal nanoparticles: photocatalysts with high activity under solar light

Abstract

"La modificación del TiO2-P25, con uno o dos-metales, han atraído una considerable atención en los últimos años, como una clase de catalizadores y photocatalizadores altamente activos bajo la radiación UV y la luz visible. Estructuras de uno o dos metales, tales como Au, Ag, Ag@CuO y CuO depositados sobre TiO2-P25, tienen la capacidad de absorber la luz visible en una amplia gama de longitudes de onda. La modificación superficial del TiO2 con nanopartículas metálicas (como, Cu Au, Ag) absorben la luz visible debido a su propiedad de la resonancia localizada del plasmón de superficie (RLPS). En el caso de la unión de dos semiconductores, el sistema es foto-activo bajo la luz visible debido al valor de la banda de energía prohibida del segundo semiconductor, (procurando que esta sea menor que la del TiO2-P25), por lo tanto, la modificación con uno o dos metales, induce una mayor actividad bajo la región del visible comparado con el TiO2 puro. Por otro lado, bajo la radiación UV, pueden mejorar la velocidad de captura de electrones foto-excitados e inhibir el proceso de recombinación debido a su capacidad de almacenamiento de electrones foto-excitados. En esta tesis presentamos la preparación y aplicación ambiental de la modificación del TiO2-P25 con uno o dos metales, las nanopartículas de Au, fueron sintetizadas por método químico usando tetrakis(hydroxymethyl) phosphonium chloride (THPC), y las nanopartículas de Ag, Ag@CuO y CuO-NPs fueron sintetizadas por irradiación gamma. Además, estudiamos y discutimos los efectos de diversos parámetros (tales como el tamaño y forma de las partículas, y la cantidad de metales) en la actividad fotocatalítica (oxidación de fenol, 2-propanol y ácido acético y generación de hidrogeno) fue también estudiado. La dinámica de portadores de carga fue estudiada mediante la conductividad de microondas resuelta en el tiempo (TRMC)."

"The modification of TiO2-P25 with one or two metal-based nanoparticles have attracted considerable attention in recent years as a new class of highly active catalysts and photocatalysts under both UV and visible light irradiation. One or two-metal-based structures, such as Au, Ag, Ag@CuO and CuO deposited on TiO2-P25 have the ability to absorb visible light in a wide spectral range. Surface modified TiO2 with metal nanoparticles (such as Cu, Au, Ag) absorb visible light due to the localized surface plasmon resonance (LSPR). In the case of semiconductor heterojunctions, they absorb visible light due to the narrow band gap of the second semiconductor, lower than TiO2-P25. The modification with one or two metal-based nanoparticles induces a higher activity under visible light compared to pure TiO2-P25, due to the transfer of electrons to the conduction band of TiO2-P25. On the other hand, under UV irradiation, the speed of trapping photoexcited electrons can be improved, to inhibit the recombination process and have the capability to store photoexcited electrons. This thesis presents recent advances in the preparation and environmental application of the surface modification of TiO2-P25 with one or two-metal-based nanoparticles: The Au-NPs were synthesized by chemical method using tetrakis(hydroxymethyl) phosphonium chloride (THPC), and the nanoparticles of Ag, Ag@CuO and CuO-NPs were synthesized by gamma irradiation. Moreover, the effects of various parameters (such as particle size, shape of the nanoparticles and amount of metals) on the photocatalytic activity (phenol, 2-propanol and acetic acid oxidation, as well as hydrogen generation) were also studied. The charge carrier dynamics was studied by time resolve microwave conductivity (TRMC)."