Understanding the degradation pathways of oxalic acid in different photocatalytic systems: Towards simultaneous photocatalytic hydrogen evolution

AlSalka, Yamen; Hakki, Amer; Fleisch, Manuel; Bahnemann, Detlef W.

doi:10.1016/j.jphotochem.2018.04.008

Cited by 34 publications

(39 citation statements)

References 37 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…H 2 is regarded as the most recommended replacement for fossil fuels since its energy cycle is free of pollutants and greenhouse gases [105,129,130]. Achieving dualfunctional photocatalysis, i.e., the photocatalytic degradation of organic pollutants and the simultaneous production of hydrogen gas is an added value of this technique [131]. Unfortunately, as will be discussed in the following sections, different operational conditions should be applied for each process to achieve its optimal reaction yield [11].…”

Section: Methods Of Treatmentmentioning

confidence: 99%

“…As O 2 is not produced in these systems, the back reaction to produce water is suppressed, avoiding a subsequent gas separation stage [164]. A wide range of organic compounds such as alcohols, organic acids, and hydrocarbons had proven activity as electron donors for photocatalytic H 2 production [101,104,105,131,150,[165][166][167]. The evolution of H 2 and its kinetic reactions pathway is dependent on the concentration and the nature of the organic substrate [168,169].…”

Section: Titanium Dioxide (Tio2) As a Photocatalystmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

TiO2 Photocatalysis for the Transformation of Aromatic Water Pollutants into Fuels

et al. 2021

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

The growing world energy consumption, with reliance on conventional energy sources and the associated environmental pollution, are considered the most serious threats faced by mankind. Heterogeneous photocatalysis has become one of the most frequently investigated technologies, due to its dual functionality, i.e., environmental remediation and converting solar energy into chemical energy, especially molecular hydrogen. H2 burns cleanly and has the highest gravimetric gross calorific value among all fuels. However, the use of a suitable electron donor, in what so-called “photocatalytic reforming”, is required to achieve acceptable efficiency. This oxidation half-reaction can be exploited to oxidize the dissolved organic pollutants, thus, simultaneously improving the water quality. Such pollutants would replace other potentially costly electron donors, achieving the dual-functionality purpose. Since the aromatic compounds are widely spread in the environment, they are considered attractive targets to apply this technology. In this review, different aspects are highlighted, including the employing of different polymorphs of pristine titanium dioxide as photocatalysts in the photocatalytic processes, also improving the photocatalytic activity of TiO2 by loading different types of metal co-catalysts, especially platinum nanoparticles, and comparing the effect of various loading methods of such metal co-catalysts. Finally, the photocatalytic reforming of aromatic compounds employing TiO2-based semiconductors is presented.

show abstract

Section: Methods Of Treatmentmentioning

confidence: 99%

Section: Titanium Dioxide (Tio2) As a Photocatalystmentioning

confidence: 99%

TiO2 Photocatalysis for the Transformation of Aromatic Water Pollutants into Fuels

et al. 2021

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…The increase in the oxygen vacancy number provides the impediment in the e -/h + pair recombination generated in the photocatalytic process, increasing its effect [13]. Nanoparticulate materials have higher photocatalytic activity than the others due to the greater available surface area [14]. However, due to the small scale, they become a problem for the separation after the catalytic process [15].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Study of obtaining thin films of CeO2 doped with 2 and 4 mol% of europium, terbium and thulium by spin coating: photocatalytic properties

Dias

2019

Cerâmica

View full text Add to dashboard Cite

In this study, thin films of Eu3+, Tb3+ and Tm3+ doped CeO2 in the proportions of 2 and 4 mol% were obtained by spin coating and calcined at 700 °C. The films were characterized by XRD, SEM, AFM and UV-vis techniques. The photocatalytic activity of the thin films was measured by the degradation of the methylene blue (MB) dye. The thin films were submitted to 4 photocatalytic cycles to analyze the capacity to be reused. XRD patterns showed no secondary phase formation, where all characteristic peaks were related to CeO2. SEM micrographs indicated that doping at 4 mol% promoted the reduction in the thickness and surface porosity of the thin films. AFM images indicated the increase in surface roughness with rare earths doping. Doping with Eu3+, Tb3+ and Tm3+ increased the degradation of the methylene blue dye by at least 15% for thin films doped at 4 mol%. The reuse tests indicated that the photocatalytic activity remained practically constant even with the application of four consecutive cycles.

show abstract

“…Heterogeneous photocatalysis can play an important role in the reduction of carbon dioxide as well [30,31], which is of considerable importance since it is the most significant long-lived greenhouse gas in Earth's atmosphere. It also enables the production of hydrogen gas, an alternative green energy source, as photocatalysts can transform electromagnetic radiation (even solar energy) into chemical energy [23,[32][33][34][35][36][37][38][39][40][41][42][43][44][45][46][47][48][49]. The search for well utilizable 'clean' energy sources is one of the biggest challenges of the present time and the research works regarding this topic holds great potential as the oxidation of hydrogen yields water without carbon dioxide emission.…”

Section: Eˉ + O2  •O2 -mentioning

confidence: 99%

“…3) in the case of TiO2 under UV, visible and solar light irradiation is greatly summarized in the comprehensive study of Ahmed et al [62]. Oxalic acid is another widely investigated model pollutant which can be eliminated by photocatalytic means [34,40,69,101]. In contrast with phenol, it is a strongly adsorbing compound.…”

Section: Titanium Dioxide and Its Photocatalytic Applicationsmentioning

confidence: 99%

Enhancement of photocatalytic activity of titanium dioxide-based photocatalysts

Gyulavári¹

View full text Add to dashboard Cite

Kutatómunkám során sikeresen alkalmaztam különböző módszereket TiO2 alapú fotokatalizátorok fotokatalitikus aktivitásának megnövelésére. A fotokatalitikus aktivitások, valamint az anyagszerkezeti és felületi tulajdonságok széleskörű vizsgálata révén fontos ok-okozati összefüggések kerültek jellemzésre. Nanoméretű rutil fázisú titán-dioxid sorozatot állítottam elő a szintézis során különböző mennyiségű hidrogén-peroxid alkalmazásával, melynek optimális mennyiségét nTi:nH2O2 = 1:2-nek állapítottam meg. A többi vizsgált anyagmennyiség-arányok alkalmazása során nem alakultak ki peroxo-csoportok a TiO2-ok felszínén. A fotokatalitikus aktivitás vizsgálata során megállapítottam, hogy a Rutil-H2 TiO2 fotokatalitikus aktivitása jelentősen nagyobb volt a sorozat többi tagjához képest fenol modellszennyező és látható fénnyel történő gerjesztés esetén, amely a referenciaként használt Aeroxide P25 és US-R.N. Rutil aktivitását is meghaladta. A kiemelkedő fotokatalitikus aktivitást a peroxo-csoportok elektronvonzó induktív effektusának és a látható fény tartományába eltolódó fényelnyelés eredőjével magyaráztam. A peroxo-csoportok fotokatalitikus aktivitásra gyakorolt hatását amorf és anatáz fázisú titán-dioxidok esetén is vizsgáltam. DRS mérésekkel kimutattam, hogy a fotokatalizátorok szintézise során a pH 3-ra történő emelésével azok gerjeszthetősége nagymértékben eltolódott a látható fény tartományába, melyet a tiltott sávon belüli lokalizált energiaállapotok megjelenésének tulajdonítottam, melyek kialakulása feltételezhetően a katalizátor amorf szerkezetével és kémiai összetételével (nátrium-titanát és Ti3+ jelenléte) hozható összefüggésbe. Továbbá, XPS mérések segítségével sikeresen kimutattam a saját készítésű mintákban a peroxo-csoportok jelenlétét (mely a Amorf-H2 minta esetén még az IR mérések segítségével is észlelhető volt). Ezekkel a tényezőkkel (a minták sajátos kémiai összetételével és szerkezetével) magyaráztam a fotokatalizátorok jelentős aktivitásnövekedését, mely a Amorf-H2 minta esetén meghaladta az összes vizsgált TiO2 fotokatalitikus aktivitását. Továbbá, az XPS mérések eredményeinek elemzése révén megállapítottam, hogy a peroxo-csoportok-okozta aktivitásnövekedés megőrzéséhez a TiO2 mintáknak bizonyos mértékű kristályossági fokkal kell rendelkezniük. A Rutil-H2 minta szintézismódszerét felhasználva TiO2 bevonatot alakítottam ki széngömb (CS) templátok felületén TiO2-CS kompozitok előállításához, melyeknek a későbbi kalcinálásával TiO2 üreges szerkezeteket (HS) hoztam létre. A TiO2-CS kompozitok és TiO2 üreges szerkezetek összehasonlításakor megállapítottam, hogy a széngömbök jelenléte a fotokatalizátorok kristályossági fokának és fotokatalitikus aktivitásának csökkenését eredményezi. A TiO2-HS minták hatékonyabbnak bizonyultak a TiO2-CS kompozit rendszereknél. A H2_HS_5 TiO2 rendelkezett a legjobb abszolút és a legjobb felületre vonatkoztatott fotokatalitikus aktivitással a vizsgált TiO2-ok közül. A kiemelkedő fotokatalitikus aktivitást a minta (üreges morfológiájából eredő) hatékonyabb fénycsapdázásával magyaráztam, illetve azzal, hogy a felületén a sorozat többi tagjához képest a szén a legkisebb mennyiségben, a poláris O–C=O funkciós csoportok pedig a legnagyobb mennyiségben voltak jelen, melyek feltételezhetően elősegítették a fotokatalizátor felülete és a víz (a fotokatalitikus aktivitási tesztek mátrixa) közötti közvetlen érintkezést. Végül, sikeresen állítottam elő tökéletes üreges gömb morfológiájú titán-dioxidokat egy másik (nem Rutil-H2-alapú) szintézismódszer és más paraméterek alkalmazásával. A morfológiai szempontból legjobb tulajdonságú TiO2-ot használtam fel arany és platina nanorészecskék (0,25 tömegszázalékban történő) leválasztásához. SEM és TEM mérésekkel igazoltam, hogy a morfológia a nemesfémleválasztást követően is változatlan maradt, továbbá, a nemesfém nanorészecskék egyenletesen oszlottak el a TiO2-HS-ök felületén. Az üreges gömb morfológia, és a nemesfémek jelenlétéből adódó fotokatalitikus aktivitásnövekedést fenol és oxálsav modellszennyezők bontásával vizsgáltam UV és látható fénnyel történő gerjesztés esetén egyaránt, nemesfémet nem tartalmazó üreges, és tömör gömb morfológiájú referencia TiO2-ok felhasználásával. Látható fénnyel történő gerjesztés esetén az arannyal módosított minta bizonyult a legjobbnak, míg UV-val történő gerjesztéskor a platinával módosított üreges TiO2 mutatta a legnagyobb fotokatalitikus aktivitást mind fenol, mind oxálsav esetén. A fenol UV fénnyel történő bontása során tapasztalt fotokatalitikus aktivitásbeli sorrendet a minták hatékonyabb fénycsapdázó tulajdonságával hoztam összefüggésbe: a fotokatalitikus aktivitás abban a sorrendben növekedett, ahogy a minták gömbátmérőinek nagyobb hányada esett a gerjesztő fény hullámhosszának egész számú többszörösének közelébe, vagyis ahol a konstruktív interferencia fellépése nagyobb mértékben volt feltételezhető.

show abstract

Understanding the degradation pathways of oxalic acid in different photocatalytic systems: Towards simultaneous photocatalytic hydrogen evolution

Cited by 34 publications

References 37 publications

TiO2 Photocatalysis for the Transformation of Aromatic Water Pollutants into Fuels

TiO2 Photocatalysis for the Transformation of Aromatic Water Pollutants into Fuels

Study of obtaining thin films of CeO2 doped with 2 and 4 mol% of europium, terbium and thulium by spin coating: photocatalytic properties

Enhancement of photocatalytic activity of titanium dioxide-based photocatalysts

Contact Info

Product

Resources

About