Improved photochemical properties of Aurivillius Bi<sub>5</sub>Ti<sub>3</sub>FeO<sub>15</sub> with partial substitution of Ti<sup>4+</sup> with Fe<sup>3+</sup>
저자
Liu, Xuanxuan ; Xu, Lei ; Huang, Yanlin ; Qin, Chuanxiang ; Qin, Lin ; Seo, Hyo Jin
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2017
작성언어
-주제어
자료형태
학술저널
수록면
12372-12380(9쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>This work improved the optical absorption and photocatalytic ability of four-layered Aurivillius Bi<SUB>5</SUB>Ti<SUB>3</SUB>FeO<SUB>15</SUB> through microstructural modification via partial substitution of Ti<SUP>4+</SUP> with Fe<SUP>3+</SUP>. Bi<SUB>5</SUB>Ti<SUB>3−x</SUB>Fe<SUB>1+x</SUB>O<SUB>15</SUB> (x = 0–0.6) photocatalysts were prepared through sol-gel citrate-complexation synthesis. The sample crystallized into plate-like nanoparticles with [001] facets. Phase formation and crystal structure were confirmed via X-ray powder diffraction (XRD) Rietveld refinements. Bi<SUB>5</SUB>Ti<SUB>3−x</SUB>Fe<SUB>1+x</SUB>O<SUB>15</SUB> (x = 0–0.6) maintained its structural characteristic, i.e., a perovskite unit of (Bi<SUB>3</SUB>Ti<SUB>3−x</SUB>Fe<SUB>1+x</SUB>O<SUB>13</SUB>)<SUP>2–</SUP> sandwiched by two (Bi<SUB>2</SUB>O<SUB>2</SUB>)<SUP>2+</SUP> layers along <I>c</I> axis. The samples were investigated via scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), and specific surface area analyses. The band gap showed characteristic transitions from the valence band (VB) of (O2p+Fe<I>t</I> <SUB>2g</SUB>+Bi6s) to the conduction band (CB) of (Ti-3d+Fe-<I>e</I> <SUB>g</SUB>). With increasing substitution of Ti<SUP>4+</SUP> with Fe<SUP>3+</SUP>, the sample greatly red shifted its absorption edges. The d–d transitions in FeO<SUB>6</SUB> greatly contribute to the narrow band-gap. Aurivillius is a potential photocatalyst and demonstrated photodegradation of Rhodamine B (RhB) under visible light irradiation (λ > 420nm). Such photocatalytic activities were attributed to the special structural layer and the catalytic mediators of multivalent Ti<SUP>4+/3+</SUP> and Fe<SUP>3+/2+</SUP> ions in the perovskite slabs as confirmed by XPS measurements. Results suggested that substitution of Ti<SUP>4+</SUP> with Fe<SUP>3+</SUP> in an Aurivillius phase was an efficient method to modify the bandwidth and structure of Aurivillius phase. This phenomenon can be used as a strategy to improve the photochemical properties of Ti/Fe-containing Aurivillius phases.</P>
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