DFT study of binding and electron transfer from colorless aromatic pollutants to a TiO2 nanocluster: Application to photocatalytic degradation under visible light irradiation

Beilstein Journal of Nanotechnology

Volumn 5, Issue 1, 2014, Pages 1016-1030

  Oprea, Corneliu I ^a   Panait, Petre ^a   Gîrţu, Mihai A ^a  

^a OVIDIUS UNIVERSITY   (Romania)

Author keywords

Colorless aromatic pollutants; Density functional theory; Photocatalytic degradation; Titanium dioxide; Visible light irradiation

Indexed keywords

ABSORPTION SPECTROSCOPY; AROMATIC COMPOUNDS; AROMATIZATION; CATALYSTS; DEGRADATION; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; NANOCLUSTERS; PHOTODEGRADATION; TITANIUM DIOXIDE; WATER POLLUTION;

ADSORBED MOLECULES; AROMATIC POLLUTANTS; BINDING CONFIGURATION; DEGRADATION PROCESS; DEGRADATION RATE; ELECTRON TRANSFER; PHOTO CATALYTIC DEGRADATION; VISIBLE-LIGHT IRRADIATION;

WATER TREATMENT;

EID: 84904437292     PISSN: None     EISSN: 21904286     Source Type: Journal    
DOI: 10.3762/bjnano.5.115     Document Type: Article

References (63)

1. Fujishima, A.; Zhang, X.; Tryk, D. A. Surf. Sci. Rep. 2008, 63, 515-582. doi:10.1016/j.surfrep.2008.10.001
2. Frank, S. N.; Bard, A. J. J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 4667-4675. doi:10.1021/ja00456a024
3. Hoffmann, M. R.; Martin, S. T.; Choi, W.; Bahnemann, D. W. Chem. Rev. 1995, 95, 69-96. doi:10.1021/cr00033a004
4. Linsebigler, A. L.; Lu, G.; Yates, J. T. Chem. Rev. 1995, 95, 735-758. doi:10.1021/cr00035a013
5. Friedmann, D.; Mendive, C.; Bahnemann, D. Appl. Catal., B: Environ. 2010, 99, 398-406. doi:10.1016/j.apcatb.2010.05.014
6. Kumar, S. G.; Devi, L. G. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 13211-13241. doi:10.1021/jp204364a
7. Liu, G.; Li, X.; Zhao, J.; Hidaka, H.; Serpone, N. Environ. Sci. Technol. 2000, 34, 3982-3990. doi:10.1021/es001064c
8. Chen, C.; Li, X.; Ma, W.; Zhao, J.; Hidaka, H.; Serpone, N. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 318-324. doi:10.1021/jp0119025
9. Agrios, A. G.; Gray, K. A.; Weitz, E. Langmuir 2003, 19, 1402-1409. doi:10.1021/la026397x
10. Agrios, A. G.; Gray, K. A.; Weitz, E. Langmuir 2004, 20, 5911-5917. doi:10.1021/la036165d
11. Kim, S.; Choi, W. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 5143-5149. doi:10.1021/jp045806q
12. Li, M.; Tang, P.; Hong, Z.; Wang, M. Colloids Surf., A 2008, 318, 285-290. doi:10.1016/j.colsurfa.2008.01.001
13. Paul, T.; Miller, P.; Strathmann, T. J. Environ. Sci. Technol. 2007, 41, 4720-4727. doi:10.1021/es070097q
14. Wang, N.; Zhu, L.; Huang, Y.; She, Y.; Yu, Y.; Tang, H. J. Catal. 2009, 266, 199-206. doi:10.1016/j.jcat.2009.06.006
15. Grätzel, M. Nature 2001, 414, 338-344. doi:10.1038/35104607
16. Hagfeldt, A.; Boschloo, G.; Sun, L.; Kloo, L.; Pettersson, H. Chem. Rev. 2010, 110, 6595-6663. doi:10.1021/cr900356p
17. Lungu, J.; Oprea, C. I.; Dumbrava, A.; Enache, I.; Georgescu, A.; Rǎdulescu, C.; Ioniţǎ, I.; Cimpoca, G. V.; Gîrţu, M. A. J. Optoelectron. Adv. Mater. 2010, 12, 1969-1975.
18. Moser, J.; Punchihewa, S.; Infelta, P. P.; Gratzel, M. Langmuir 1991, 7, 3012-3018. doi:10.1021/la00060a018
19. Tunesi, S.; Anderson, M. A. Langmuir 1992, 8, 487-495. doi:10.1021/la00038a030
20. Tunesi, S.; Anderson, M. J. Phys. Chem. 1991, 95, 3399-3405. doi:10.1021/j100161a078
21. Vittadini, A.; Selloni, A.; Rotzinger, F. P.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 1300-1306. doi:10.1021/jp993583b
22. Pastore, M.; De Angelis, F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 920-928. doi:10.1039/c1cp22663k
23. De Angelis, F.; Fantacci, S.; Selloni, A. Nanotechnology 2008, 19, 424002. doi:10.1088/0957-4484/19/42/424002
24. Srinivas, K.; Yesudas, K.; Bhanuprakash, K.; Rao, V. J.; Giribabu, L. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 20117-20126. doi:10.1021/jp907498e
25. León, C. P.; Kador, L.; Peng, B.; Thelakkat, M. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 8723-8730. doi:10.1021/jp0561827
26. Martsinovich, N.; Troisi, A. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 11781-11792. doi:10.1021/jp2026847
27. Hagberg, D. P.; Yum, J. H.; Lee, H. J.; De Angelis, F.; Marinado, T.; Martin Karlsson, K.; Humphry-Baker, R.; Sun, L.; Hagfeldt, A.; Grätzel, M.; Nazeeruddin, M. K. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6259-6266. doi:10.1021/ja800066y
28. Chen, Y.-S.; Li, C.; Zeng, Z.-H.; Wang, W.-B.; Wang, X.-S.; Zhang, B.-W. J. Mater. Chem. 2005, 15, 1654-1661. doi:10.1039/b418906j
29. Oprea, C. I.; Dumbravǎ, A.; Enache, I.; Lungu, J.; Georgescu, A.; Moscalu, F.; Oprea, C.; Gîrţu, M. A. Phys. Status Solidi A 2011, 208, 2467-2477. doi:10.1002/pssa.201127083
30. Oprea, C. I.; Panait, P.; Lungu, J.; Stamate, D.; Dumbravǎ, A.; Cimpoesu, F.; Gîrţu, M. A. Int. J. Photoenergy 2013, 893850. doi:10.1155/2013/893850
31. Hohenberg, P.; Kohn, W. Phys. Rev. 1964, 136, B864-B871. doi:10.1103/PhysRev.136.B864
32. Kohn, W.; Sham, L. J. Phys. Rev. 1965, 140, A1133-A1138. doi:10.1103/PhysRev.140.A1133
33. Parr, R. G.; Yang, W. Density-Functional Theory of Atoms and Molecules; Oxford University Press: New York, 1989.
34. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648-5652. doi:10.1063/1.464913
35. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785-789. doi:10.1103/PhysRevB.37.785
36. Rassolov, V. A.; Ratner, M. A.; Pople, J. A.; Redfern, P. C.; Curtiss, L. A. J. Comput. Chem. 2001, 22, 976-984. doi:10.1002/jcc.1058
37. Casida, M. E.; Jamorski, C.; Casida, K. C.; Salahub, D. R. J. Chem. Phys. 1998, 108, 4439-4449. doi:10.1063/1.475855
38. Barone, V.; Cossi, M. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 1995-2001. doi:10.1021/jp9716997
39. Tomasi, J.; Mennucci, B.; Cammi, R. Chem. Rev. 2005, 105, 2999-3094. doi:10.1021/cr9904009
40. Godbout, N.; Salahub, D. R.; Andzelm, J.; Wimmer, E. Can. J. Chem. 1992, 70, 560-571. doi:10.1139/v92-079
41. Gaussian 03, Revision C.02; Gaussian Inc.: Wallingford, CT, 2004.
42. Wang, Z.; Chu, I. K.; Rodriquez, C. F.; Hopkinson, A. C.; Michael Siu, K. W. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 8700-8705. doi:10.1021/jp9914976
43. Lundqvist, M. J.; Nilsing, M.; Persson, P.; Lunell, S. Int. J. Quantum Chem. 2006, 106, 3214-3234. doi:10.1002/qua.21088
44. Selloni, A. Nat. Mater. 2008, 7, 613-615. doi:10.1038/nmat2241
45. Wahab, H. S.; Bredow, T.; Aliwi, S. M. Chem. Phys. 2008, 353, 93-103. doi:10.1016/j.chemphys.2008.07.017
46. Oprea, C. I.; Panait, P.; Cimpoesu, F.; Ferbinteanu, M.; Gîrţu, M. A. Materials 2013, 6, 2372-2392. doi:10.3390/ma6062372
47. Falaras, P. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 1998, 53, 163-175. doi:10.1016/S0927-0248(98)00023-3
48. Duffy, N. W.; Dobson, K. D.; Gordon, K. C.; Robinson, B. H.; McQuillan, A. J. Chem. Phys. Lett. 1997, 266, 451-455. doi:10.1016/S0009-2614(97)00035-3
49. Ma, T.; Inoue, K.; Yao, K.; Noma, H.; Shuji, T.; Abe, E.; Yu, J.; Wang, X.; Zhang, B. J. Electroanal. Chem. 2002, 537, 31-38. doi:10.1016/S0022-0728(02)01225-1
50. Weng, Y.-X.; Li, L.; Liu, Y.; Wang, L.; Yang, G.-Z. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 4356-4363. doi:10.1021/jp022534n
51. Marcus, R. A.; Sutin, N. Biochim. Biophys. Acta 1985, 811, 265-322. doi:10.1016/0304-4173(85)90014-X
52. Gao, Y. Q.; Georgievskii, Y.; Marcus, R. A. J. Chem. Phys. 2000, 112, 3358-3369. doi:10.1063/1.480918
53. Pelet, S.; Moser, J.-E.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 1791-1795. doi:10.1021/jp9934477
54. Minaev, B. F.; Minaeva, V. A.; Baryshnikov, G. V.; Girtu, M. A.; Agren, H. Russ. J. Appl. Chem. 2009, 82, 1211-1221. doi:10.1134/S1070427209070106
55. Baryshnikov, G. V.; Minaev, B. F.; Minaeva, V. A. Opt. Spectrosc. 2011, 110, 393-400. doi:10.1134/S0030400X10061025
56. Tachikawa, T.; Yoshida, A.; Tojo, S.; Sugimoto, A.; Fujitsuka, M.; Majima, T. Chem.-Eur. J. 2004, 10, 5345-5353. doi:10.1002/chem.200400516
57. Tachikawa, T.; Tojo, S.; Fujitsuka, M.; Majima, T. Chem. Phys. Lett. 2004, 392, 50-54. doi:10.1016/j.cplett.2004.04.115
58. Anderson, N. A.; Lian, T. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 1231-1246. doi:10.1016/j.ccr.2004.03.029
59. Hara, K.; Sato, T.; Katoh, R.; Furube, A.; Ohga, Y.; Shinpo, A.; Suga, S.; Sayama, K.; Sugihara, H.; Arakawa, H. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 597-606. doi:10.1021/jp026963x
60. Zhang, X.; Zhang, J.-J.; Xia, Y.-Y. J. Photochem. Photobiol., A: Chem. 2008, 194, 167-172. doi:10.1016/j.jphotochem.2007.08.004
61. Sánchez-de-Armas, R.; San Miguel, M. Á.; Oviedo, J.; Sanz, J. F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 225-233. doi:10.1039/c1cp22058f
62. Chen, R.; Yang, X.; Tian, H.; Wang, X.; Hagfeldt, A.; Sun, L. Chem. Mater. 2007, 19, 4007-4015. doi:10.1021/cm070617g
63. Anderson, S.; Constable, E. C.; Dare-Edwards, M. P.; Goodenough, J. B.; Hamnett, A.; Seddon, K. R.; Wright, R. D. Nature 1979, 280, 571-573. doi:10.1038/280571a0