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Synthesis of 2D anatase TiO2 with highly reactive facets by fluorine-free topochemical conversion of 1T-TiS2 nanosheets
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2022-06-21 , DOI: 10.1039/d1ta06695a Marco Zarattini 1 , Chaochao Dun 2 , Liam H Isherwood 1, 3 , Alexandre Felten 4 , Jonathan Filippi 5 , Madeleine P Gordon 2, 6 , Linfei Zhang 7 , Omar Kassem 1 , Xiuju Song 1 , Wenjing Zhang 8 , Robert Ionescu 9 , Jarrid A Wittkopf 9 , Aliaksandr Baidak 1, 3 , Helen Holder 9 , Carlo Santoro 10 , Alessandro Lavacchi 5 , Jeffrey J Urban 2 , Cinzia Casiraghi 1
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2022-06-21 , DOI: 10.1039/d1ta06695a Marco Zarattini 1 , Chaochao Dun 2 , Liam H Isherwood 1, 3 , Alexandre Felten 4 , Jonathan Filippi 5 , Madeleine P Gordon 2, 6 , Linfei Zhang 7 , Omar Kassem 1 , Xiuju Song 1 , Wenjing Zhang 8 , Robert Ionescu 9 , Jarrid A Wittkopf 9 , Aliaksandr Baidak 1, 3 , Helen Holder 9 , Carlo Santoro 10 , Alessandro Lavacchi 5 , Jeffrey J Urban 2 , Cinzia Casiraghi 1
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Two-dimensional (2D) anatase titanium dioxide (TiO2) is expected to exhibit different properties as compared to anatase nanocrystallites, due to its highly reactive exposed facets. However, access to 2D anatase TiO2 is limited by the non-layered nature of the bulk crystal, which does not allow use of top-down chemical exfoliation. Large efforts have been dedicated to the growth of 2D anatase TiO2 with high reactive facets by bottom-up approaches, which relies on the use of harmful chemical reagents. Here, we demonstrate a novel fluorine-free strategy based on topochemical conversion of 2D 1T-TiS2 for the production of single crystalline 2D anatase TiO2, exposing the {001} facet on the top and bottom and {100} at the sides of the nanosheet. The exposure of these faces, with no additional defects or doping, gives rise to a significant activity enhancement in the hydrogen evolution reaction, as compared to commercially available Degussa P25 TiO2 nanoparticles. Because of the strong potential of TiO2 in many energy-based applications, our topochemical approach offers a low cost, green and mass scalable route for production of highly crystalline anatase TiO2 with well controlled and highly reactive exposed facets.
中文翻译：
通过 1T-TiS2 纳米片的无氟拓扑化学转化合成具有高反应性晶面的二维锐钛矿 TiO2
与锐钛矿纳米微晶相比，二维（2D）锐钛矿二氧化钛（TiO 2）由于其高反应性的暴露面而有望表现出不同的特性。然而，获得二维锐钛矿 TiO 2受到块状晶体的非层状性质的限制，这不允许使用自上而下的化学剥离。大量努力致力于通过自下而上的方法生长具有高反应性晶面的二维锐钛矿 TiO 2 ，这依赖于有害化学试剂的使用。在这里，我们展示了一种基于 2D 1T-TiS 2的拓扑化学转化的新型无氟策略，用于生产单晶 2D 锐钛矿 TiO 2，暴露出纳米片顶部和底部的 {001} 面和纳米片侧面的 {100}。与市售的 Degussa P25 TiO 2纳米颗粒相比，这些面的暴露在没有额外缺陷或掺杂的情况下会显着提高析氢反应的活性。由于 TiO 2在许多基于能源的应用中的巨大潜力，我们的拓扑化学方法提供了一种低成本、绿色和大规模可扩展的路线，用于生产具有良好控制和高反应性暴露面的高结晶锐钛矿 TiO 2 。
更新日期：2022-06-21
中文翻译：
通过 1T-TiS2 纳米片的无氟拓扑化学转化合成具有高反应性晶面的二维锐钛矿 TiO2
与锐钛矿纳米微晶相比，二维（2D）锐钛矿二氧化钛（TiO 2）由于其高反应性的暴露面而有望表现出不同的特性。然而，获得二维锐钛矿 TiO 2受到块状晶体的非层状性质的限制，这不允许使用自上而下的化学剥离。大量努力致力于通过自下而上的方法生长具有高反应性晶面的二维锐钛矿 TiO 2 ，这依赖于有害化学试剂的使用。在这里，我们展示了一种基于 2D 1T-TiS 2的拓扑化学转化的新型无氟策略，用于生产单晶 2D 锐钛矿 TiO 2，暴露出纳米片顶部和底部的 {001} 面和纳米片侧面的 {100}。与市售的 Degussa P25 TiO 2纳米颗粒相比，这些面的暴露在没有额外缺陷或掺杂的情况下会显着提高析氢反应的活性。由于 TiO 2在许多基于能源的应用中的巨大潜力，我们的拓扑化学方法提供了一种低成本、绿色和大规模可扩展的路线，用于生产具有良好控制和高反应性暴露面的高结晶锐钛矿 TiO 2 。
京公网安备 11010802027423号