Synthesis of Biphasic Defective TiO_2–x/Reduced Graphene Oxide Nanocomposites with Highly Enhanced Photocatalytic Activity

Abstract

Biphasic defective TiO_2–x/reduced graphene oxide(RGO) nanocomposites were synthesized by simple hydrothermal reactions. Compared with TiO_2–x and commercial P25, TiO_2–x/RGO shows much better photocatalytic activity and excellent stability in pollutants degradation, which could be ascribed to Ti³⁺ centers complexed with RGO and the synergetic effect between the two phases. The study reveals a new route for the synthesis of mixed-phase defective TiO_2–x/carbon material nanocomposites for photocatalytic applications.

Keywords

Defective biphasic TiO_2–x / Graphene sheet / Photocatalysis / Reduced graphene oxide

References

[1] Chen X. B., Shen S. H., Guo L. J., Mao S. S. Chem. Rev., 2010, 110: 6503.

[2] Brown G. E. Jr., Henrich V. E., Casey W. H., Clark D. L., Eggleston C., Felmy A., Goodman D. W., Gratzel M., Maciel G., McCarthy M. I., Nealson K. H., Sverjensky D. A., Toney M. F., Zachara J. M. Chem. Rev., 1999, 99: 77.

[3] Liu L., Chen X. B. Chem. Rev., 2014, 114: 9890.

[4] Ma Y., Wang X. L., Jia Y. S., Chen X. B., Han H. X., Li C. Chem. Rev., 2014, 114: 9987.

[5] Fujishima A., Honda K. Nature, 1972, 238: 37.

[6] Asahi R., Morikawa T., Ohwaki T., Aoki K., Taga Y. Science, 2001, 293: 269.

[7] Thompson T. L., Yates J. T. Chem. Rev., 2006, 106: 4428.

[8] Yang H. G., Sun C. H., Qiao S. Z., Zou J., Liu G., Smith S. C., Cheng H. M., Lu G. Q. Nature, 2008, 453: 638.

[9] Chen X. B., Liu L., Liu Z., Marcus M. A., Wang W. C., Oyler N. A., Grass M. E., Mao B. H., Glans P. A., Yu P. Y., Guo J. H., Mao S. S. Sci. Rep., 2013, 3: 1510.

[10] Liu X., Gao S. M., Xu H., Lou Z. Z., Wang W. J., Huang B. B., Dai Y. Nanoscale, 2013, 5: 1870.

[11] Zheng Z. K., Huang B. B., Meng X. D., Wang J. P., Wang S. Y., Lou Z. Z., Wang Z. Y., Qin X. Y., Zhang X. Y., Dai Y. Chem. Commun., 2013, 49: 868.

[12] Nowotny M. K., Sheppard L. R., Bak T., Nowotny J. J. Phys. Chem. C, 2008, 112: 5275.

[13] Wang Z., Yang C. Y., Lin T. Q., Yin H., Chen P., Wan D. Y., Xu F. F., Huang F. Q., Lin J. H., Xie X. M., Jiang M. H. Energy Environ. Sci., 2013, 6: 3007.

[14] Grabstanowicz L. R., Gao S., Li T., Rickard R. M., Rajh T., Liu D. J., Xu T. Inorg. Chem., 2013, 52: 3884.

[15] Chen X. B., Liu L., Yu P. Y., Mao S. S. Science, 2011, 331: 746.

[16] Zuo F., Wang L., Wu T., Zhang Z. Y., Borchardt D., Feng P. Y. J. Am. Chem. Soc., 2010, 132: 11856.

[17] Wang J. Q., Su S. Y., Liu B., Cao M. H., Hu C. W. Chem. Commun., 2013, 49: 7830.

[18] Fan C. M., Peng Y., Zhu Q., Lin L., Wang R. X., Xu A. W. J. Phys. Chem. C, 2013, 117: 24157.

[19] Wang J., Shen L. F., Nie P., Xu G. Y., Ding B., Fang S., Dou H., Zhang X. G. J. Mater. Chem. A, 2014, 2: 9150.

[20] Zhang H., Lv X. J., Li Y. M., Wang Y., Li J. H. ACS Nano, 2010, 4: 380.

[21] Liang Y. Y., Wang H. L., Casalongue H. S., Chen Z., Dai H. J. Nano Res., 2010, 3: 701.

[22] Perera S. D., Mariano R. G., Vu K., Nour N., Seitz O., Chabal Y., Balkus K. J. Jr. ACS Catal., 2012, 2: 949.

[23] Geim A. K., Novoselov K. S. Nature Materials, 2007, 6: 183.

[24] Cong S., Xu Y. M. J. Phys. Chem. C, 2011, 115: 21161.

[25] Shah M. S. A. S., Park A. R., Zhang K., Park J. H., Yoo P. J. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2012, 4: 3893.

[26] Carneiro J. T., Savenije T. J., Moulijn J. A., Mul G. J. Phys. Chem. C, 2011, 115: 2211.

[27] Wang F. L., Ho J. H., Jiang Y. J., Amal R. ACS Appl. Mater. Inter-faces, 2015, 7: 23941.

[28] Hummers W. S., Offeman R. E. J. Am. Chem. Soc., 1958, 80: 1339.

[29] Xu Y. X., Bai H., Lu G. W., Li C., Shi G. Q. J. Am. Chem. Soc., 2008, 130: 5856.

[30] Spurr R. A., Myers H. Anal. Chem., 1957, 29: 760.

[31] Song X. M., Wu J. M., Tang M. Z., Qi B., Yan M. J. Phys. Chem. C, 2008, 112: 19484.

[32] Rezaee M., Mousavi Khoie S. M., Liu K. H. Cryst. Eng. Comm., 2011, 13: 5055.

[33] Yan J. Q., Wu G. J., Guan N. J., Li L. D., Li Z. X., Cao X. Z. Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15: 10978.

[34] Zhang X. Y., Li H. P., Cui X. L., Li Y. H. J. Mater. Chem., 2010, 20: 2801.

[35] Parker J. C., Siegel R. W. J. Mater. Res., 1990, 5: 1246.

[36] Cronemeyer D. C. Phys. Rev., 1959, 113: 1222.

[37] Zheng Z. K., Huang B. B., Qin X. Y., Zhang X. Y., Dai Y., Whangbo M. H. J. Mater. Chem., 2011, 21: 9079.

[38] Li J. G., Buchel R., Isobe M., Mori T., Ishigakii T. J. Phys. Chem. C, 2009, 113: 8009.

[39] Bityurin N., Znaidi L., Kanaev A. Chem. Phys. Lett., 2003, 374: 95.

[40] Suriye K., Praserthdam P., Jongsomjit B. Appl. Surf. Sci., 2007, 253: 3849.