Synthesis of porous TiO₂ nanowires and their photocatalytic properties

Abstract

Porous titanium dioxide (TiO₂) nanowires were synthesized via a surfactant-free hydrothermal method followed by acid-washing process and calcination. The structures and morphologies of products were characterized by field emission scanning electron microscopy (FESEM), Transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), and Brunauer-Emmett-Teller (BET) N₂ adsorption-desorption analyses. The analysis of FESEM suggested the precursor was composed of a vast of uniform nanostructures like wires. The nanowire-like precursor was transformed into the porous nanowire after acid-treatment and calcination at 500°C for 2 h in air. The surface area of as-synthesized TiO₂ nanowires calculated by BET is 86.4 m²/g. Furthermore, the photocatalytic properties of synthesized porous TiO₂ nanowires were evaluated through the degradation of methylene blue (MB) and Rhodamine B (RhB). The results clearly suggested that the as-prepared porous TiO₂ nanowires showed remarkable photocatalytic performance on the degradation of RhB and MB due to their small size of nanocrystallites and the porous naonstructure.

Keywords

titanium dioxide (TiO₂) / nanowire / porous / photocatalyst / photocatalytic performance

References

[1] Khan S B, Hou M J, Shuang S, Zhang Z J. Morphological influence of TiO₂ nanostructures (nanozigzag, nanohelics and nanorod) on photocatalytic degradation of organic dyes. Applied Surface Science, 2017, 400: 184–193 

[2] Edy R, Zhao Y T, Huang G S, Shi J J, Zhang J, Solovev A A, Mei Y F. TiO₂ nanosheets synthesized by atomic layer deposition for photocatalysis. Progress in Natural Science-Materials International, 2016, 26(5): 493–497

[3] Cheng G, Xu F F, Xiong J Y, Tian F, Ding J, Stadler F J, Chen R. Enhanced adsorption and photocatalysis capability of generally synthesized TiO₂-carbon materials hybrids. Advanced Powder Technology, 2016, 27(5): 1949–1962

[4] Liu W G, Xu Y M, Zhou W, Zhang X F. A facile synthesis of hierarchically porous TiO₂ microspheres with carbonaceous species for visible-light photocatalysis.  Journal of Materials Science & Technology, 2016, 33(1): 39–46

[5] Zhang J Y, Li C X, Wang D Y, Zhang C, Liang L, Zhou X. The effect of different TiO₂ nanoparticles on the release and transformation of mercury in sediment. Journal of Soils and Sediments, 2017, 17(2): 536–542

[6] Gaikwad M A, Mane A A, Desai S P, Moholkar A V. Template-free TiO₂ photoanodes for dye-sensitized solar cell via modified chemical route. Journal of Colloid and Interface Science, 2017, 488: 269–276

[7] Qiu Y, Ouyang F. Fabrication of TiO₂ hierarchical architecture assembled by nanowires with anatase/TiO₂(B) phase-junctions for efficient photocatalytic hydrogen production. Applied Surface Science, 2017, 403: 691–698 

[8] Ma L Q, Xu W C, Zhu S L, Cui Z D, Yang X J, Inoue A. Anatase TiO₂ hierarchical nanospheres with enhanced photocatalytic activity for degrading methyl orange. Materials Chemistry and Physics, 2016, 170: 186–192

[9] Goriparti S, Miele E, Prato M, Scarpellini A, Marras S, Monaco S, Toma A, Messina G C, Alabastri A, De Angelis F. Direct synthesis of carbon-doped TiO₂-bronze nanowires as anode materials for high performance lithium-ion batteries. ACS Applied Materials & Interfaces,  2015, 7(45): 25139–25146

[10] Li X L, Bassi P S, Boix P P, Fang Y N, Wong L H. Revealing the role of TiO₂ surface treatment of hematite nanorods photoanodes for solar water splitting. ACS Applied Materials & Interfaces,  2015, 7(31): 16960–16966

[11] Praveen Kumar D, Lakshmana Reddy N, Karthikeyan M, Chinnaiah N, Bramhaiah V, Durga Kumari V, Shankar M V. Synergistic effect of nanocavities in anatase TiO₂ nanobelts for photocatalytic degradation of methyl orange dye in aqueous solution. Journal of Colloid and Interface Science, 2016, 477: 201–208

[12] Hejazi S, Nguyen N T, Mazare A, Schmuki P. Aminated TiO₂ nanotubes as a photoelectrochemical water splitting photoanode. Catalysis Today, 2017, 281: 189–197

[13] Yu W J, Liu Y M, Cheng N, Cai B, Kondamareddy K K, Kong S, Xu S, Liu W, Zhao X Z. Ultra-thin anatase TiO₂ nanosheets with admirable structural stability for advanced reversible lithium storage and cycling performance. Electrochimica Acta, 2016, 220: 398–404

[14] Huang J R, Ren H B, Liu X S, Li X X, Shim J J. Facile synthesis of porous TiO₂ nanospheres and their photocatalytic properties. Superlattices and Microstructures, 2015, 81: 16–25

[15] Ma J, Ren W H, Zhao J, Yang H L. Growth of TiO₂ nanoflowers photoanode for dye-sensitized solar cells. Journal of Alloys and Compounds, 2017, 692: 1004–1009

[16] Lai L L, Wen W, Fu B, Qian X Y, Liu J B, Wu J M. Surface roughening and top opening of single crystalline TiO₂ nanowires for enhanced photocatalytic activity. Materials & Design, 2016, 108: 581–589

[17] Yao Y C, Dai X R, Hu X Y, Huang S Z, Jin Z. Synthesis of Ag-decorated porous TiO₂ nanowires through a sunlight induced reduction method and its enhanced photocatalytic activity. Applied Surface Science, 2016, 387: 469–476

[18] Bakar S A, Byzynski G, Ribeiro C. Synergistic effect on the photocatalytic activity of N-doped TiO₂ nanorods synthesised by novel route with exposed (110) facet. Journal of Alloys and Compounds, 2016, 666: 38–49 

[19] Myung S T, Takahashi N, Komaba S, Yoon C S, Sun Y K, Amine K, Yashiro H. Nanostructured TiO₂ and its application in lithium-ion storage. Advanced Functional Materials, 2011, 21(17): 3231–3241

[20] Tsai C C, Teng H S. Structural features of nanotubes synthesized from NaOH treatment on TiO₂ with different post-treatments. Chemistry of Materials, 2006, 18(2): 367–373

[21] Zhang J, Wu B, Huang L H, Liu P L, Wang X Y, Lu Z D, Xu G L, Zhang E P, Wang H B, Kong Z, Xi J, Ji Z. Anatase nano-TiO₂ with exposed curved surface for high photocatalytic activity. Journal of Alloys and Compounds, 2016, 661: 441–447

[22] Fan Z H, Meng F M, Zhang M, Wu Z Y, Sun Z Q, Li A X. Solvothermal synthesis of hierarchical TiO₂ nanostructures with tunable morphology and enhanced photocatalytic activity. Applied Surface Science, 2016, 360: 298–305

RIGHTS & PERMISSIONS

2017 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg