Nitrogen-doped titanium dioxide (N-doped $TiO_2$) is attracting continuously increasing attention as a material for environmental photocatalysis. The N-atoms can occupy both interstitial and substitutional positions in the solid, with some evidence of a preference for interstitial sites. In this study, N-doped $TiO_2$ is prepared by the sol-gel method using $NH_4OH$ and $NH_4Cl$ as N ion doping agents, and the physical and photocatalytic properties with changes in the synthesis temperature and amount of agent are analyzed. The photocatalytic activities of the N-doped $TiO_2$ samples are evaluated based on the decomposition of methylene blue (MB) under visible-light irradiation. The addition of 5 wt% $NH_4Cl$ produces the best physical properties. As per the UV-vis analysis results, the N-doped $TiO_2$ exhibits a higher visible-light activity than the undoped $TiO_2$. The wavelength of the N-doped $TiO_2$ shifts to the visible-light region up to 412 nm. In addition, this sample shows MB removal of approximately 81%, with the whiteness increasing to +97 when the synthesis temperature is $600^{\circ}C$. The coloration and phase structure of the N-doped $TiO_2$ are characterized in detail using UV-vis, CIE Lab color parameter measurements, and powder X-ray diffraction (XRD).
Highly self-cleaning thin films of $TiO_2-SiO_2$ co-doped with Ag and F are prepared by the sol-gel method. The asprepared thin films consist of bottom $SiO_2$ and top $TiO_2$ layers which are modified by doping with F, Ag and F-Ag elements. XRD analysis confirms that the prepared thin film is a crystalline anatase phase. UV-vis spectra show that the light absorption of $Ag-F-TiO_2/SiO_2$ thin films is tuned in the visible region. The self-cleaning properties of the prepared films are evaluated by a water contact angle measurement under UV light irradiation. The photocatalytic performances of the thin films are studied using methylene blue dye under both UV and visible light irradiation. The $Ag-F-TiO_2/SiO_2$ thin films exhibit higher photocatalytic activity under both UV and visible light compared with other samples of pure $TiO_2$, Ag-doped $TiO_2$, and F-doped $TiO_2$ films.
Park Hoon;Jie Hyunseock;Lee Seung-Yong;Ahn Jae-Pyoung;Lee Dok-Yol;Park Jong-Ku
Journal of Powder Materials
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v.12
no.6
s.53
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pp.399-405
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2005
Nanopowders of titanium dioxide $(TiO_2)$ incorporating the transition metal element(s) were synthesized by flame synthesis method. Single element among Fe(III), Cr(III), and Zn(II) was doped into the interior of $TiO_2$ crystal; bimetal doping of Fe and Zn was also made. The characteristics of transition-metal-doped $TiO_2$ nanopowders in the particle feature, crystallography and electronic structures were determined with various analytical tools. The chemical bond of Fe-O-Zn was confirmed to exist in the bimetal-doped $TiO_2$ nanopowders incorporating Fe-Zn. The transition element incorporated in the $TiO_2$ was attributed to affect both Ti 3d orbital and O 2p orbital by NEXAFS measurement. The bimetal-doped $TiO_2$ nanopowder showed light absorption over more wide wavelength range than the single-doped $TiO_2$ nanopowders.
Nanocomposites were fabricated as titanium dioxide ($TiO_2$) doped with nanometals (Au, Ag) by sonochemical reduction method and sol-gel method in order to investigate their antimicrobial activities. Then, the antimicrobial activity of the resulting samples was compared by the measurement of colony numbers survived on the agar plate incubated for 24 h after the loading E. coli on the solid-state media with the nanocomposites. The initial antimicrobial activity of the metal (Au, Ag)-doped $TiO_2$ was higher than that of the pristine $TiO_2$. Afterwards the nanocomposite samples were kept at $4^{\circ}C$ for a long time and the aged samples exhibited the different antimicrobial activity. With the elapse of aging times, Ag-doped $TiO_2$ with $TiO_2$ coating ($Ag-TiO_2$@$TiO_x$) exhibited the higher antimicrobial activity than those of $Ag-TiO_2$and $Au-TiO_2$. The $TiO_2$ coating on the $Ag-TiO_2$ may prevent the oxidation of Ag nanometals and stabilize colloidal nanocomposites.
In order to investigate the effect of doping C, N, B and F elements on $TiO_2$ for reducing the band gap, the heat treatment of $TiO_2$ was carried out with tetraethylammonium tetrafluoroborate. Through XRD and XPS analysis, the C, N, B and F doped anatase $TiO_2$ was confirmed. According to the increase of temperature during treatment, the particle size was increased due to aggregation of $TiO_2$ with elements (B, C, N and F). To investigate the capacity of photocatalyst for degradation of dye under solar light, the degradation of acridine orange and methylene blue was conducted. The degradation of dyes was carried out successfully under solar light indicating the effect of doping elements (B, C, N and F) on $TiO_2$ for reducing the band gap effectively.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.271.1-271.1
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2013
Titania is usually used in sun-screens, tooth paste, and other daily used objects as a pigment. However, scientists have focused on titania as photocatalyst due to its excellent activities. By fabricating vanadium doped TiO2 and CuOx co-catalyzed TiO2 nano-size filter, the degradation level of the volatile organic compound (VOC) concentration was tested using 365nm UV LED as light source in a closed chamber. Main purpose for this test is to evaluate the activities of various catalysts for degrading the VOCs which are detrimental to human body and toluene and p-xylene were chosen in the VOC removal test. Target gas materials were injected into the test chamber with dry air as carrier gas which was flowed into the gas washer bottle filled with liquid form of VOC substance. When the VOC gas flows into the chamber, it is circulated by 200 mm fan in order to contact with the set-up filter on the aluminum holder. Target gas concentration in the chamber was monitored using VOC detector (miniRae3000, Raesystems) which was also placed inside the chamber. With the measured concentration, the VOC degradation efficiency and the degradation rate were evaluated and used to compare the catalytic activities.
To improve the photocatalyticactivity of $TiO_2$-coated coal fly ash, tungsten hydroxide was doped by impregnation method and was oxidized by heat treatment in temperature ranges of $WO^{\circ}C$ for 2 hrs. The changes of crystal structure and crystal size of $TiO_2$and $WO_3$on coal fly ash were investigated by X-ray diffraction analysis. The crystal structure of titanium dioxide showed only anatase type and $TiO_2$-$WO_3$ compounds appeared in the heat treatment temperature ranges of $500∼600^{\circ}C$. By adding $V_3$in $TiO_2$coated on fly ash, the growth of crystal size of anatase was restrained and the anatase phase was stabilized in temperature ranges of TEX>$500∼<800^{\circ}C$. And $WO_3$acted as a trap site of electrons excited from anatase by irradiating UV. The maximum removal efficiency of NO gas for $TiO_2$/$WO_3$-coated coal fly ash was 84% and appeared when the ammonium tungstate of $1.3${\times}$10^{-3}$ M was doped and then heated at $600^{\circ}C$ for 2 hrs.
New visible photocatalyst(Nanovis$^{(R)}$) has been synthesized to overcome the barrier of limitation of UV light utilization of current $TiO_2$ photocatalyst. It was found that red shift of absorption spectrum to 550nm was achieved. Its physical properties were characterized by XRD, BET and TEM. It is also observed that Nanovis$^{(R)}$ has a photocatalytic activity for photodegradation of Trichloroethylene under visible light irradiation. V,VII group doped into substitutional sites of $TiO_2$ has proven to be indispensable for band-gap narrowing and photocatalytic activity. These test results lead us to conclude that Nanovis$^{(R)}$ can be used for IAQ improvemen and for photocatalytic water splitting to hydrogen.
Shon, Hokyong;Okour, Yousef;Saliby, Ibrahim El;Park, Jun;Cho, Dong-Lyun;Kim, Jong Beom;Park, Hee Ju;Kim, Jong-Ho
Applied Chemistry for Engineering
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v.20
no.3
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pp.241-250
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2009
During the past few years, titanium salts were investigated as alternative coagulants for the removal of organic matter of different molecular sizes in contaminated water. The flocculation efficiency of Ti-salt was comparable to those of $FeCl_3$ and $Al_2(SO_4)_3$ salts, commonly used coagulants. Incinerated sludge-$TiO_2$ showed higher surface area and photocatalytic activity than commercially available $TiO_2$. Metal-doped forms were produced by adding coagulant aids such as iron (Fe-), aluminium (Al-) and (Ca-) calcium salts during Ti-salt flocculation to increase pH. Ca- and Al- doped $TiO_2$ showed very high photocatalytic activity compared to Fe-doped $TiO_2$. When tested in a pilot scale plant for treatment of dye wastewater to check practical feasibility of the novel process, the removal ratio of the chemical oxygen demand was comparable to those of commonly used coagulants but the settling of sludge was faster. The $TiO_2$ generated after sludge incineration showed a high photocatalytic activity for degradation of volatile organic compounds and increased the rate of hydrogen production by water photosplitting. $TiCl_4$ coagulant and $TiO_2$ produced from different water sources with different concentrations had low acute toxicity compared to heavy metals and commercial $TiO_2$ when examined based on D. Magna mortality. This paper presents the production, characterisation and the photoactivity of $TiO_2$ produced from Ti-salt flocculated sludge. Different case studies are discussed to highlighted recent advances in this field.
Photocatalytic properties of nitrogen doped titanium dioxide were investigated. Photocatalytic degradation of methylene blue under UV and visible light was carried out to characterize N-doped $TiO_2$. The result of XPS indicated that nitrogen atoms substitute for oxygen sites within the crystal structure of $TiO_2$. In the UV-Vis DRS spectra, N-doped amorphous $TiO_2$ absorbed UV light with little absorption of visible light, while the absorption of visible light of amorphous/anatase $TiO_2$ remarkably increased. Methylene blue photocatalytic degradation appeared by the irradiation of UV or visible light onto the N-doped anatase phase of $TiO_2$. However, the degradation rate of visible light was lower than that of UV light. The photocatalytic degradation rate of the amorphous/anatase $TiO_2$ sample was higher than that of the anatase $TiO_2$. These results indicate that the high surface area of amorphous/anatase $TiO_2$ sample, which was about three times larger than those of the anatase $TiO_2$ sample, may be related to small particles of N-doped anatase $TiO_2$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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