Các tế bào quang điện hóa phẳng in hoàn toàn với các cực âm phân đoạn cho sự oxi hóa các chất ô nhiễm lỏng loãng

Springer Science and Business Media LLC - Tập 24 - Trang 12547-12555 - 2016
Petr Dzik1,2, Michal Veselý1,2, Martina Pachovská1, Michael Neumann-Spallart3
1Faculty of Chemistry, Brno University of Technology, Brno, Czech Republic
2Central European Institute of Technology, Brno University of Technology, Brno, Czech Republic
3Groupe d’Étude de la Matière Condensée (GEMaC), CNRS/Université de Versailles/Université Paris-Saclay, Versailles CEDEX, France

Tóm tắt

Một cấu trúc mới cho tế bào quang điện hóa phẳng bao gồm một lớp bán dẫn được phủ bởi các lớp cách điện và cực đối ứng phân đoạn được giới thiệu. Việc sử dụng các điện cực tách biệt theo chiều dọc đại diện cho một bước phát triển lớn trong việc giảm diện tích (các khu vực không hoạt động) của các tế bào điện hóa phẳng. Các tế bào, bao gồm một điện cực quang anode titan dioxide dạng nanoparticulate và một cực âm kim loại phân đoạn, đã được chế tạo bằng một quy trình hoàn toàn phụ gia sử dụng in vật liệu như công cụ duy nhất để lắng đọng và định hình. Kính phủ oxit dẫn điện trong suốt và các tấm polyethyleneterephthalate đã được sử dụng làm nền; sự phân tán titan dioxide nano kết dính bởi một chất kết dính organosilica mới đã được sử dụng để chế tạo điện cực quang anode và mực vàng hoặc carbon cho chế tạo các cực âm phân đoạn. Do hình dạng phân đoạn của cực âm, phản ứng quang điện hóa không bị suy giảm do giảm điện thế (iR drop) xuống mức độ điện ly yếu. Các tế bào in được sử dụng cho các thí nghiệm phân hủy quang xúc tác hỗ trợ điện với các dung dịch coumarin. Sự gia tăng đáng kể tỷ lệ phân hủy coumarin so với chế độ quang xúc tác thông thường đã được quan sát.

Từ khóa

#tế bào quang điện hóa #cực âm phân đoạn #titan dioxide #phân hủy coumarin #xúc tác quang hỗ trợ điện

Tài liệu tham khảo

Augugliaro V, Camera-Roda G, Loddo V, Palmisano G, Palmisano L, Soria J, Yurdakal S (2015) Heterogeneous photocatalysis and photoelectrocatalysis: from unselective abatement of noxious species to selective production of high-value chemicals. The Journal of Physical Chemistry Letters 6:1968–1981. doi:10.1021/acs.jpclett.5b00294 Bettini LG et al. (2015) Mixed-phase nanocrystalline TiO2 photocatalysts produced by flame spray pyrolysis. Appl Catal, B 178:226–232. doi:10.1016/j.apcatb.2014.09.013 Butterfield IM, Christensen PA, Hamnett A, Shaw KE, Walker GM, Walker SA, Howarth CR (1997) Applied studies on immobilized titanium dioxide films as catalysts for the photoelectrochemical detoxification of water. J Appl Electrochem 27:385–395. doi:10.1023/a:1018453402332 Cernigoj U, Kete M, Stangar UL (2010) Development of a fluorescence-based method for evaluation of self-cleaning properties of photocatalytic layers. Catal Today 151:46–52. doi:10.1016/j.cattod.2010.03.043 Cernigoj U, Stangar UL, Trebse P, Sarakha M (2009) Determination of catalytic properties of TiO2 coatings using aqueous solution of coumarin: standardization efforts. J Photochem Photobiol, A 201:142–150. doi:10.1016/j.jphotochem.2008.10.014 černá M, Veselý M, Dzik P, Guillard C, Puzenat E, Lepičová M (2013) Fabrication, characterization and photocatalytic activity of TiO2 layers prepared by inkjet printing of stabilized nanocrystalline suspensions. Appl Catal, B 138-139:84–94. doi:10.1016/j.apcatb.2013.02.035 Chen X, Shaohua S, Guo L, SS M (2010) Semiconductor-based photocatalytic hydrogen generation. Chem Rev 110:6503–6570. doi:10.1021/cr1001645 Choi HW, Zhou T, Singh M, Jabbour GE (2015) Recent developments and directions in printed nanomaterials. Nanoscale 7:3338–3355. doi:10.1039/c4nr03915g Daghrir R, Drogui P, Delegan N, El Khakani MA (2013) Electrochemical degradation of chlortetracycline using N-doped Ti/TiO2 photoanode under sunlight irradiations. Water Res 47:6801–6810. doi:10.1016/j.watres.2013.09.011 Dikici T, Erol M, Toparli M, Celik E (2014) Characterization and photocatalytic properties of nanoporous titanium dioxide layer fabricated on pure titanium substrates by the anodic oxidation process. Ceram Int 40:1587–1591. doi:10.1016/j.ceramint.2013.07.046 Dosta S, Robotti M, Garcia-Segura S, Brillas E, Cano IG, Guilemany JM (2016) Influence of atmospheric plasma spraying on the solar photoelectro-catalytic properties of TiO2 coatings. Appl Catal, B 189:151–159. doi:10.1016/j.apcatb.2016.02.048 Dzik P, Vesely M, Blaskova M, Kralova M, Neumann-Spallart M (2015a) Inkjet-printed interdigitated cells for photoelectrochemical oxidation of diluted aqueous pollutants. J Appl Electrochem 45:1265–1276. doi:10.1007/s10800-015-0893-1 Dzik P, Vesely M, Chomoucka J (2010) Thin layers of photocatalytic TiO2 prepared by inkjet printing of a Solgel precursor. J Adv Oxid Technol 13:172–183 Dzik P, Veselý M, Králová M, Neumann-Spallart M (2015b) Ink-jet printed planar electrochemical cells. Appl Catal, B 178:186–191. doi:10.1016/j.apcatb.2014.09.030 Dzik P, Veselý M, Neumann-Spallart M (2016) Inkjet printed interdigitated conductivity cells with low cell constant ECS. Journal of Solid State Science and Technology 5:P412–P418. doi:10.1149/2.0171607jss El Moustafid T, Cachet H, Tribollet B, Festy D (2002) Modified transparent SnO2 electrodes as efficient and stable cathodes for oxygen reduction. Electrochim Acta 47:1209–1215. doi:10.1016/s0013-4686(01)00845-3 Fernandez-Ibanez P, Malato S, Enea O (1999) Photoelectrochemical reactors for the solar decontamination of water. Catal Today 54:329–339. doi:10.1016/s0920-5861(99)00194-7 Gamage J, Zhang ZS (2010) Applications of photocatalytic disinfection international. Journal of Photoenergy. doi:10.1155/2010/764870 Gregori D et al. (2014) Mechanically stable and photocatalytically active TiO2/SiO2 hybrid films on flexible organic substrates. J Mater Chem A 2:20096–20104. doi:10.1039/c4ta03826f Guan H, Zhu L, Zhou H, Tang H (2008) Rapid probing of photocatalytic activity on titania-based self-cleaning materials using 7-hydroxycoumarin fluorescent probe. Anal Chim Acta 608:73–78. doi:10.1016/j.aca.2007.12.009 Han F, Kambala VSR, Srinivasan M, Rajarathnam D, Naidu R (2009) Tailored titanium dioxide photocatalysts for the degradation of organic dyes in wastewater treatment. A review Applied Catalysis a-General 359:25–40. doi:10.1016/j.apcata.2009.02.043 Hynek J et al. (2014) High photocatalytic activity of transparent films composed of ZnO nanosheets. Langmuir 30:380–386. doi:10.1021/la404017q Ishibashi K, Fujishima A, Watanabe T, Hashimoto K (2000) Detection of active oxidative species in TiO2 photocatalysis using the fluorescence technique. Electrochem Commun 2:207–210. doi:10.1016/s1388-2481(00)00006-0 Kordesch K (1968) Low temperature-low pressure handbook of fuel cell technology:359 Králová M, Dzik P, Kašpárek V, Veselý M, Cihlář J (2015) Cold-setting inkjet printed titania patterns reinforced by organosilicate. Binder Molecules 20:16582–16603. doi:10.3390/molecules200916582 Lawless D, Serpone N, Meisel D (1991) Role of OH. Radicals and trapped holes in photocatalysis—a pulse-radiolysis study. J Phys Chem 95:5166–5170. doi:10.1021/j100166a047 Louit G et al. (2005) The reaction of coumarin with the OH radical revisited: hydroxylation product analysis determined by fluorescence and chromatography. Radiat Phys Chem 72:119–124. doi:10.1016/j.radphyschem.2004.09.007 Macwan DP, Dave PN, Chaturvedi S (2011) A review on nano-TiO2 sol-gel type syntheses and its applications. J Mater Sci 46:3669–3686. doi:10.1007/s10853-011-5378-y Momeni MM, Ghayeb Y (2015) Fabrication, characterization and photoelectrochemical behavior of Fe–TiO2 nanotubes composite photoanodes for solar water splitting. J Electroanal Chem 751:43–48. doi:10.1016/j.jelechem.2015.05.035 Monteiro RAR, Lopes FVS, Boaventura RAR, Silva AMT, Vilar VJP (2015) Synthesis and characterization of N-modified titania nanotubes for photocatalytic applications environmental science and pollution. Research 22:810–819. doi:10.1007/s11356-014-2943-3 Neumann-Spallart M (2007) Aspects of photocatalysis on semiconductors: photoelectrocatalysis. Chimia 61:806–809. doi:10.2533/chimia.2007.806 Neumann-Spallart M, Shinde SS, Mahadik M, CH B (2013) Photoelectrochemical degradation of selected aromatic molecules. Electrochim Acta 111:830–836. doi:10.1016/j.electacta.2013.08.080 Pelaez M et al. (2012) A review on the visible light active titanium dioxide photocatalysts for environmental applications. Appl Catal, B 125:331–349 Portela R et al. (2012) Photocatalysis for continuous air purification in wastewater treatment plants: from lab to reality. Environmental Science & Technology 46:5040–5048. doi:10.1021/es2042355 Schmiedova V, Dzik P, Vesely M, Zmeskal O, Morozova M, Kluson P (2015) Optical properties of titania coatings prepared by inkjet direct patterning of a reverse micelles sol-gel composition. Molecules 20:14552–14564. doi:10.3390/molecules200814552 Tasbihi M, Ngah CR, Aziz N, Mansor A, Abdullah AZ, Teong LK, Mohamed AR (2007) Lifetime and regeneration studies of various supported TiO2 photocatalysts for the degradation of phenol under UV-C light in a batch reactor. Ind Eng Chem Res 46:9006–9014. doi:10.1021/ie070284x van Grieken R, Marugan J, Sordo C, Pablos C (2009) Comparison of the photocatalytic disinfection of E. coli suspensions in slurry, wall and fixed-bed reactors. Catal Today 144:48–54. doi:10.1016/j.cattod.2008.11.017 Vidmar T, Topic M, Dzik P, Krasovec UO (2014) Inkjet printing of sol-gel derived tungsten oxide inks. Sol Energy Mater Sol Cells 125:87–95. doi:10.1016/j.solmat.2014.02.023 Vinu R, Madras G (2010) Environmental remediation by photocatalysis. J Indian Inst Sci 90:189–230 http://eprints.iisc.ernet.in/43293/1/Giridhar.pdf Waldner G, Brüger A, Gaikwad NS, Neumann-Spallart M (2007) WO3 thin films for photoelectrochemical purification of water. Chemosphere 67:779–784. doi:10.1016/j.chemosphere.2006.10.024