Cation-exchange mediated synthesis of hydrogen and sodium titanates heterojunction: Theoretical and experimental insights toward photocatalyic mechanism

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Iani, Isabela M. ^[1] ; Teodoro, Vinicius ^[2] ; Marana, Naiara L. ^[3] ; Coleto Jr, Ubirajara ; Sambrano, Julio R. ^[3] ; Simoes, Alexandre Z. ^[4] ; Teodoro, Marcio D. ^[5] ; Longo, Elson ^[2] ; Perazolli, Leinig A. ^[1] ; Amoresi, Rafael A. C. ^[4] ; Zaghete, Maria Aparecida ^[1]

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] Sao Paulo State Univ UNESP, LIEC Chem Inst, BR-14800060 Araraquara, SP - Brazil

^[2] Sao Carlos Fed Univ UFSCar, LIEC Dept Chem, BR-13565905 Sao Carlos, SP - Brazil

^[3] Sao Paulo State Univ, UNESP, Modeling & Mol Simulat Grp, BR-17033360 Bauru, SP - Brazil

^[4] UNESP, Fac Engn Guaratingueta, BR-12516410 Guaratingueta, SP - Brazil

^[5] Sao Carlos Fed Univ UFSCar, Dept Phys, BR-13565905 Sao Carlos, SP - Brazil

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Applied Surface Science; v. 538, FEB 1 2021.
• Citações Web of Science: 0

Resumo

Na2Ti3O7/H2Ti3O7 heterojunction nanotubes were obtained through the microwave-assisted hydrothermal method (MAH) with different band gap energy engineering. This study aimed to synthesize sodium titanate nanotubes and evaluate the influence of H+ insertion on their photocatalytic properties. Heterojunctions were identified by X-ray diffraction, Raman spectroscopy and high-resolution transmission electron microscopy, and their electronic levels and defects were investigated using diffuse reflectance and photoluminescence spectroscopies in the UV-Vis region. The cation exchange process promotes the formation of Na2Ti3O7/H2Ti3O7 heterojunction with coexistence of both phases in the nanotube. Photocatalytic results of Rhodamine-B (Rh-B) dye discoloration show that the prepared materials have activity under visible and UV light irradiation, and are dependent on the proportion of hydrogen and sodium-titanate phases present. The material with highest sodium concentration showed discoloration with a half-life time of 23 min under visible light irradiation. Theoretical results reveal the heterojunction band offset as a staggered gap, with the effective bandgap occurring between the O-2p of Na2Ti3O7 and Ti-3d of H2Ti3O7. The charge carrier transfer mechanism in the heterojunctions is well described by Z-scheme, with H2Ti3O7 and Na2Ti3O7 as the main oxidation and reduction phases for dye discoloration. (AU)

• Processo FAPESP: 13/07296-2 - CDMF - Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais
• Beneficiário: Elson Longo da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 19/12430-6 - Estudo computacional das propriedades de nanotubos multiwalled puros e funcionalizados
• Beneficiário: Naiara Letícia Marana
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 19/12114-7 - Nanomateriais de titanato de sódio: estrutura, morfologia e propriedades fotocatalítica e sensora
• Beneficiário: Isabela Marcondelli Iani
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Processo FAPESP: 17/19143-7 - Uma abordagem teórico-experimental dos mecanismos de condução e defeitos de interface em heteroestruturas sensoras baseados em semicondutores P-N e N-N a partir de matrizes de CeO2
• Beneficiário: Rafael Aparecido Ciola Amoresi
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/24405-0 - Estudo das propriedades fotocatalíticas e fotoluminiscentes para morfologias de TiO2 decoradas com Cerio
• Beneficiário: Isabela Marcondelli Iani
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 19/08928-9 - Modelagem e Simulações da Funcionalização de Nanotubos Porosos Inorgânicos
• Beneficiário: Julio Ricardo Sambrano
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 16/25500-4 - Funcionalização de nanotubos semicondutores via interface e adsorção de gases: uma abordagem computacional
• Beneficiário: Naiara Letícia Marana
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 18/01914-0 - Funcionalizando a emissão óptica em estruturas de tunelamento quântico em diferentes intervalos espectrais
• Beneficiário: Marcio Daldin Teodoro
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular