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Controlling TiO2 photocatalytic behaviour via perhydropolysilazane-derived SiO2 ultrathin shell
Nanoscale ( IF 5.8 ) Pub Date : 2024-11-05 , DOI: 10.1039/d4nr03566f Darya Burak, Jae Hyun Han, Joon Soo Han, In Soo Kim, Md Abdur Rahman, Joel K. W. Yang, So-Hye Cho
Nanoscale ( IF 5.8 ) Pub Date : 2024-11-05 , DOI: 10.1039/d4nr03566f Darya Burak, Jae Hyun Han, Joon Soo Han, In Soo Kim, Md Abdur Rahman, Joel K. W. Yang, So-Hye Cho
This study addresses the inherent photocatalytic activity of pure titanium dioxide (TiO2), which limits its application as an industrial pigment. To mitigate this issue, a core–shell structure was employed, where TiO2 cores were encapsulated within SiO2 shells. Perhydropolysilazane (PHPS) was introduced as a superior SiO2 precursor over tetraethylorthosilicate (TEOS), resulting in thinner and more uniform SiO2 shells. Utilizing TiO2's photocatalytic properties, hydroxyl radicals facilitated the conversion of PHPS into SiO2 via native Si–H bonds, eliminating the need for additional reducing agents. The formation of PHPS-derived TiO2@SiO2 core–shell nanoparticles demonstrated inherent self-limiting behaviour, ensuring uniform shell thickness regardless of PHPS concentration, simplifying the process for large-scale industrial applications compared to TEOS, which demands precise parameter control. Photocatalytic evaluations highlighted significant passivation of TiO2 photocatalytic activity by PHPS-derived TiO2@SiO2 core–shell particles and TiO2/SiO2 thin films. Specifically, TiO2@PHPS nanoparticles achieved 89–96% passivation compared to 30% with TiO2@TEOS, while TiO2/PHPS films degraded only 12% of Eosin B versus 80% with TiO2 films. Moreover, both PHPS-derived nanoparticles and films maintained TiO2's inherent high whiteness and high-refractive-index optical properties, underscoring their suitability for applications in white paint production, cosmetics, and high-refractive-index coatings.
中文翻译:
通过全氢聚硅氮烷衍生的 SiO2 超薄壳控制 TiO2 光催化行为
本研究解决了纯二氧化钛 (TiO2) 固有的光催化活性,这限制了其作为工业颜料的应用。为了缓解这个问题,采用了核壳结构,其中 TiO2 核封装在 SiO2 壳层中。全氢聚硅氮烷 (PHPS) 作为优于正硅酸四乙酯 (TEOS) 的 SiO2 前驱体引入,从而产生更薄、更均匀的 SiO2 壳层。利用 TiO2 的光催化特性,羟基自由基促进了 PHPS 通过天然 Si-H 键转化为 SiO2,无需额外的还原剂。PHPS 衍生的 TiO2@SiO2 核壳纳米颗粒的形成表现出固有的自限性行为,无论 PHPS 浓度如何,都能确保壳层厚度一致,与需要精确参数控制的 TEOS 相比,简化了大规模工业应用的过程。光催化评估强调了 PHPS 衍生的 TiO2@SiO2 核壳颗粒和 TiO2/SiO2 薄膜对 TiO2 光催化活性的显着钝化。具体来说,TiO2@PHPS 纳米颗粒实现了 89-96% 的钝化,而 TiO2@TEOS 的钝化率为 30%,而 TiO2/PHPS 薄膜仅降解了 12% 的曙红 B,而 TiO2 薄膜的降解率为 80%。 此外,PHPS 衍生的纳米颗粒和薄膜都保持了 TiO2 固有的高白度和高折射率光学特性,强调了它们适用于白色涂料生产、化妆品和高折射率涂料。
更新日期:2024-11-08
中文翻译:
通过全氢聚硅氮烷衍生的 SiO2 超薄壳控制 TiO2 光催化行为
本研究解决了纯二氧化钛 (TiO2) 固有的光催化活性,这限制了其作为工业颜料的应用。为了缓解这个问题,采用了核壳结构,其中 TiO2 核封装在 SiO2 壳层中。全氢聚硅氮烷 (PHPS) 作为优于正硅酸四乙酯 (TEOS) 的 SiO2 前驱体引入,从而产生更薄、更均匀的 SiO2 壳层。利用 TiO2 的光催化特性,羟基自由基促进了 PHPS 通过天然 Si-H 键转化为 SiO2,无需额外的还原剂。PHPS 衍生的 TiO2@SiO2 核壳纳米颗粒的形成表现出固有的自限性行为,无论 PHPS 浓度如何,都能确保壳层厚度一致,与需要精确参数控制的 TEOS 相比,简化了大规模工业应用的过程。光催化评估强调了 PHPS 衍生的 TiO2@SiO2 核壳颗粒和 TiO2/SiO2 薄膜对 TiO2 光催化活性的显着钝化。具体来说,TiO2@PHPS 纳米颗粒实现了 89-96% 的钝化,而 TiO2@TEOS 的钝化率为 30%,而 TiO2/PHPS 薄膜仅降解了 12% 的曙红 B,而 TiO2 薄膜的降解率为 80%。 此外,PHPS 衍生的纳米颗粒和薄膜都保持了 TiO2 固有的高白度和高折射率光学特性,强调了它们适用于白色涂料生产、化妆品和高折射率涂料。