The 4-nitrophenol (4-NP) is one of the carcinogenic pollutants listed by US EPA and has been detected in industrial wastewater. This study investigates the photocatalytic degradation of 4-NP with TiO2 and boron (B)-doped TiO2 nanostructures. The degradation on undoped and B-doped TiO2 with various boron loadings (1-7%) was studied to establish a relationship between structure, interface, and photo-catalytic properties. The results of XRD, micro Raman, FTIR, and HRTEM show that the B doping has improved the crystallinity and induces rutile phase along with anatase (major phase). The N2 adsorption-desorption, SEM-EDX, and XPS indicated that the B induced the formation of mesoporous nanostructures in TiO2 and occupies interstitial sites by forming Ti-O-B type linkage. The surface area of pure TiO2 was decreased from 235.4 to 63.3 m2/g in B-TiO2. The photo-physical properties were characterized by UV-Vis DRS, which showed decrease in the optical band-gap of pure TiO2 (2.98 eV) to B-TiO2 (2.95 eV). The degradation results demonstrated that the B doping improved the photocatalytic activity of TiO2; however, this improvement depends on the B concentration in doped TiO2. B-doped TiO2 (> 5% B) showed 90 % degradation of 4-NP, whereas the undoped TiO2 can degrade only 79 % of 4-NP. The degradation followed pseudo-first-order kinetics with rate constant values of 0.006 min-1 and 0.0322 min-1 for pure TiO2 and B-TiO2 respectively. The existence of a reduced form of Ti3+ on the surface of TiO2 (as evidence from XPS) was found responsible for enhancement in photocatalytic activity.

中文翻译：

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B掺杂的TiO2纳米结构上4-硝基苯酚的光降解：掺杂剂浓度，动力学和机理的影响。

4-硝基苯酚（4-NP）是美国EPA列出的致癌污染物之一，已在工业废水中被检测到。这项研究调查了TiO2和掺硼（B）的TiO2纳米结构对4-NP的光催化降解。研究了不同硼含量（1-7％）对未掺杂和B掺杂的TiO2的降解，以建立结构，界面和光催化性能之间的关系。XRD，显微拉曼光谱，FTIR和HRTEM的结果表明，B掺杂提高了结晶度，并与锐钛矿一起诱导了金红石相（主相）。N2吸附-解吸，SEM-EDX和XPS表明B诱导形成TiO2介孔纳米结构并通过形成Ti-OB型键占据间隙位置。在B-TiO2中，纯TiO2的表面积从235.4减少到63.3 m2 / g。通过UV-Vis DRS对光物理性能进行了表征，它显示了纯TiO2（2.98 eV）与B-TiO2（2.95 eV）的光学带隙减小。降解结果表明，硼掺杂提高了TiO2的光催化活性。但是，这种改善取决于掺杂的TiO2中的B浓度。B掺杂的TiO2（> 5％B）表现出90％的4-NP降解，而未掺杂的TiO2只能降解79％的4-NP。降解遵循伪一级动力学，纯TiO2和B-TiO2的速率常数分别为0.006 min-1和0.0322 min-1。发现在TiO2表面存在还原形式的Ti3 +（作为XPS的证据），是导致光催化活性增强的原因。这表明纯TiO2（2.98 eV）对B-TiO2（2.95 eV）的光学带隙减小。降解结果表明，硼掺杂提高了TiO2的光催化活性。但是，这种改善取决于掺杂的TiO2中的B浓度。B掺杂的TiO2（> 5％B）表现出90％的4-NP降解，而未掺杂的TiO2只能降解79％的4-NP。降解遵循伪一级动力学，纯TiO2和B-TiO2的速率常数分别为0.006 min-1和0.0322 min-1。发现在TiO2表面存在还原形式的Ti3 +（作为XPS的证据），是导致光催化活性增强的原因。这表明纯TiO2（2.98 eV）对B-TiO2（2.95 eV）的光学带隙减小。降解结果表明，硼掺杂提高了TiO2的光催化活性。但是，这种改善取决于掺杂的TiO2中的B浓度。B掺杂的TiO2（> 5％B）表现出90％的4-NP降解，而未掺杂的TiO2只能降解79％的4-NP。降解遵循伪一级动力学，纯TiO2和B-TiO2的速率常数分别为0.006 min-1和0.0322 min-1。发现在TiO2表面存在还原形式的Ti3 +（作为XPS的证据），是导致光催化活性增强的原因。这种改善取决于掺杂的TiO2中的B浓度。B掺杂的TiO2（> 5％B）表现出90％的4-NP降解，而未掺杂的TiO2只能降解79％的4-NP。降解遵循伪一级动力学，纯TiO2和B-TiO2的速率常数分别为0.006 min-1和0.0322 min-1。发现在TiO2表面存在还原形式的Ti3 +（作为XPS的证据），是导致光催化活性增强的原因。这种改善取决于掺杂的TiO2中的B浓度。B掺杂的TiO2（> 5％B）表现出90％的4-NP降解，而未掺杂的TiO2只能降解79％的4-NP。降解遵循伪一级动力学，纯TiO2和B-TiO2的速率常数分别为0.006 min-1和0.0322 min-1。发现在TiO2表面存在还原形式的Ti3 +（作为XPS的证据），是导致光催化活性增强的原因。