Hydrogen photoproduction from water-methanol on titania covered with copper

Summary

Hydrogen photogeneration from water-methanol solution was studied on Cu-TiO₂ photoactive systems. It was found that Cu-deposit on titania particles could be obtained “in situ” in a reaction cell. The dispersed copper showed satisfactory good activity (quantum yield 4.3%) and stability under H₂ production conditions. The hydrogen evolution catalytic properties of Cu were also proved in an electrochemical study: a graphite electrode immersed in Cu/TiO₂ suspension showed dark cathodic current at about −0.9V vs. SCE. It was checked in two simple experiments that the reduction of Cu²⁺ by illuminated titania leads to Cu(O) deposited onto semiconductor particles. Using an ion selective electrode it was found that Cu²⁺ reduction was accomplished in 20 minutes. Bigger amounts of copper (>1 wt.%) were photodeposited on the already existing metal islands. Cu²⁺ preadsorption on titania was small and did not have any influence on the hydrogen evolution activity of Cu/TiO₂. 0.5 wt.% on TiO₂ was found as an optimum metal loading.

Zusammenfassung

Es wurde die Wasserstoff-Photogenerierung aus wäßrig-methanolischen Lösungen an CuTiO₂ als photoaktivem System untersucht. Es wurde festgestellt, daß die Kupferdepositierung auf Titanoxydpartikeln „in situ“ in einer Reaktionszelle erreicht werden kann. Das dispergierte Kupfer zeigte zufriedenstellend gute Aktivität (Quantenausbeute 4.3%) und Stabilität unter den erforderlichen Bedingungen. Die katalytischen Eigenschaften des Kupfers zur Wasserstoffentwicklung wurden auch elektrochemisch untersucht: eine Graphitelektrode in einer Cu-TiO₂-Suspension zeigte einen kathodischen Dunkelstrom bei ca. −0.9V gegen eine SCE. Mittels zweier einfacher Experimente wurde überprüft, daß die Reduktion von Cu²⁺ mittels belichtetem Titanoxyd zu einem Niederschlag von Cu(O) auf den Halbleiterpartikeln führ. Mittels einer ionenselektiven Elektrode wurde festgestellt, daß die Cu²⁺-Reduktion innerhalb von 20 Minuten erfolgte. Größere Mengen von Kupfer (>1 Gew.%) wurden auf bereits vorhandenen Metallinseln photo-depositiert. Die Präadsorption von Cu²⁺ auf Titanoxyd war gering und hatte keinerlei Einfluß auf die wasserstoffentwickelnde Aktivität von Cu-TiO₂. Als optimale Metallbeladung erwies sich 0.5 Gew.% Cu auf TiO₂.