Application of surface science techniques in the study of environmental photocatalysis: nitrogen-doped TiO2

In order to understand the origin of visible-light photocatalysis by nitrogen-doped titania, titania (anatase) films whose composition can be varied in a controlled way have been grown in situ and subsequently characterized by XPS, UPS, and ex situ AFM. Two very different in situ methods for nitrogen-doping were used, N+ implantation and nitride oxidation, and the chemical identity and depth distributions of the resulting chemical species were established. It is found that N+ implantation results in extensive reduction of the titania, re-oxidation with O2 establishing an essentially oxidized surface. Both methods of preparation result in the nitrogen being located beneath the surface. These results have significant implications for our understanding for the origin of visible light activity of nitrogen-doped catalysts. In particular, they indicate that earlier interpretations may be oversimplified or even incorrect. To cite this article: A. Orlov et al., C.R. Chimie 9 (2006).

RésuméAfin de comprendre l'origine de la photocatalyse à lumière naturelle par l'azote enrichi de dioxyde de titane, des films de ce composé (anatase), dont la composition peut être changée d'une manière contrôlée, ont été synthétisés in situ et plus tard caractérisés par XPS, UPS et microscopie à force atomique ex situ. Deux méthodes pour saturer l'azote in situ très différentes ont été employées, à savoir implantation de N+ et oxydation de nitrures, l'identité des espèces chimiques et les distributions en profondeur de l'espèce résultante ont été établies. On constate que l'implantation de N+ a pour conséquence la réduction étendue du dioxyde de titane, la réoxydation conduisant à une surface essentiellement stœchiométrique. Les deux méthodes de préparation ont pour conséquence le fait que l'azote est situé sous la surface. Ces résultats ont des implications significatives pour notre compréhension de l'origine de l'activité à la lumière visible des catalyseurs saturés en azote. En particulier, ils indiquent que des interprétations antérieures ont pu être trop simplistes ou sont peut-être même incorrectes. Pour citer cet article : A. Orlov et al., C.R. Chimie 9 (2006).