Identification of different Cu²+ sites in titania supported copper systems by EPR spectroscopy

Laboratoire de Catalyse et Environnement, EA 2598, Université du Littoral - Côte d'Opale, MREID, 145 avenue Maurice Schumann, 59140 Dunkerque, France

Abstract

Different copper-titanium oxides were obtained by impregnation of copper nitrate (atomic ratio Cu/Ti = 0.1) on three TiO2 samples with different initial structures: amorphous (AM), anatase (AN) and rutile (RT). X-band Electron Paramagnetic Resonance (EPR) analysis of Cu-TiO₂ samples revealed the formation of different copper species depending on the initial structural state of TiO₂. Aggregates of Cu(II) ions and isolated Cu²⁺ ions located either on the surface or in the solids were observed. Copper ions incorporated in anatase exhibit an octahedral symmetry mainly characterized by a significant elongation of Cu-O bonds following the z-axis. With the transformation of TiO₂ from the anatase to the rutile form, copper atoms occupied Ti⁴⁺ sites in the rutile structure.

Résumé

Des oxydes mixtes à base de cuivre et de titane ont été préparés par imprégnation de nitrate de cuivre sur trois échantillons d'oxydes de titane (TiO₂) de structure différente : amorphe (AM), anatase (AN), et rutile (RT). L'analyse par Résonance Paramagnétique Electronique (RPE) des échantillons Cu-TiO₂ montre la formation de plusieurs espèces cuivriques, sous forme d'aggrégats d'ions Cu(II) et d'ions isolés sur la surface ou incorporés dans les solides. Les ions incorporés dans la structure anatase présentent une symétrie octaédrique particulièrement distordue par une élongation des liaisons Cu-O selon l'axe z. Quand l'oxyde de titane se transforme de la phase anatase en rutile, des atomes de cuivre occupent des sites Ti⁴⁺ de la maille rutile.