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A Generalized Method for High-Speed Fluorination of Metal Oxides by Spark Plasma Sintering Yields Ta3O7F and TaO2F with High Photocatalytic Activity for Oxygen Evolution from Water

  • A general method to carry out the fluorination of metal oxides with poly(tetrafluoroethylene) (PTFE, Teflon) waste by spark plasma sintering (SPS) on a minute scale with Teflon is reported. The potential of this new approach is highlighted by the following results. i) The tantalum oxyfluorides Ta3O7F and TaO2F are obtained from plastic scrap without using toxic or caustic chemicals for fluorination. ii) Short reaction times (minutes rather than days) reduce the process time the energy costs by almost three orders of magnitude. iii) The oxyfluorides Ta3O7F and TaO2F are produced in gram amounts of nanoparticles. Their synthesis can be upscaled to the kg range with industrial sintering equipment. iv) SPS processing changes the catalytic properties: while conventionally prepared Ta3O7F and TaO2F show little catalytic activity, SPS-prepared Ta3O7F and TaO2F exhibit high activity for photocatalytic oxygen evolution, reaching photoconversion efficiencies up to 24.7% and applied bias toA general method to carry out the fluorination of metal oxides with poly(tetrafluoroethylene) (PTFE, Teflon) waste by spark plasma sintering (SPS) on a minute scale with Teflon is reported. The potential of this new approach is highlighted by the following results. i) The tantalum oxyfluorides Ta3O7F and TaO2F are obtained from plastic scrap without using toxic or caustic chemicals for fluorination. ii) Short reaction times (minutes rather than days) reduce the process time the energy costs by almost three orders of magnitude. iii) The oxyfluorides Ta3O7F and TaO2F are produced in gram amounts of nanoparticles. Their synthesis can be upscaled to the kg range with industrial sintering equipment. iv) SPS processing changes the catalytic properties: while conventionally prepared Ta3O7F and TaO2F show little catalytic activity, SPS-prepared Ta3O7F and TaO2F exhibit high activity for photocatalytic oxygen evolution, reaching photoconversion efficiencies up to 24.7% and applied bias to photoconversion values of 0.86%. This study shows that the materials properties are dictated by the processing which poses new challenges to understand and predict the underlying factors.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:M. A. Lange, I. Khan, P. Opitz, J: Hartmann, M. Ashraf, A. Qurashi, L. Prädel, M. Panthöfer, Antje Cossmer, Jens Pfeifer, Fabian Simon, Marcus von der Au, Björn MeermannORCiD, M. Mondeshki, M. N. Tahir, W. Tremel
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Advanced Materials
Jahr der Erstveröffentlichung:2021
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.1 Anorganische Spurenanalytik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Wiley‐VCH GmbH
Jahrgang/Band:23
Ausgabe/Heft:20
Erste Seite:7434
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Freie Schlagwörter:Fluorination; Oxygen evolution reaction; Photocatalysis; Spark plasma sintering; Tantalum oxyfluorides
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Chemie und Prozesstechnik / Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
DOI:10.1002/adma.202007434
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-524329
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International
Datum der Freischaltung:15.04.2021
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:19.04.2021
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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