journal article·2026-02Open access

Scalable, Microwave‐Enabled Synthesis of Ternary W x Ti 1‐x O 2 and Heterostructured TiO 2 ‐WO 3‐x Colloidal Nanocrystals: Carrier Dynamics and Photocatalytic Properties

Riccardo Scarfiello, Michele Guizzardi, Angela Fiore, Armando Genco, Concetta Nobile, Elisabetta Perrone, Sara Fernanda Orsini, Clémentine Fellah, Lucian Roiban, Marianna Bellardita, Anna Maria Venezia, Giulio Cerullo, Leonardo Palmisano, Luigi Carbone

Advanced Science· Volume 13· Issue 11

Abstract

Abstract In solar‐light‐driven chemical processes, designing ever‐new strategies for synthesizing functional, doped, or defective semiconducting oxide nanostructures remains key. Techniques like bandgap engineering and interface heterostructuring, among others, have driven the development of brand‐new synthetic schemes that enable efficient charge carrier extraction. In this context, microwave (MW) chemistry has effectively established bottom‐up synthetic strategies. This study details a fast MW hydroalcohothermal synthesis for the scalable production of ternary W x Ti 1‐x O 2 and heterostructured TiO 2 ‐WO 3‐x colloidal nanocrystals. MWs allow for size control at the nanoscale, and, in the case of heterostructures, support the anisotropic nucleation of oxygen‐deficient plasmonic WO 3‐x nanobelts directly onto the surfaces of pre‐existing TiO 2 seeds, establishing unique reaction pathways. Femtosecond transient absorption spectroscopy reveals the formation and ultrafast cooling of hot electrons within the plasmonic domains at near‐infrared (NIR) wavelengths. Both nanostructures exhibit significant photo‐oxidant activity toward 4‐methoxybenzyl alcohol in a liquid aerobic environment, concurrently demonstrating enhanced selectivity toward aldehyde products. While the ternary material shows activity and notable selectivity exclusively under UV excitation, the heterostructures provide compelling functionality, especially under solar‐simulated light irradiation. This superior performance is ascribed to the synergistic coupling of the NIR‐assisted photocatalytic effect driven by hot carriers, along with the photothermal effect arising from plasmon excitation.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: TiO2 Photocatalysis and Solar Cells · Advanced Photocatalysis Techniques · Microwave-Assisted Synthesis and Applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

CNR NANOTEC – Institute of Nanotechnology c/o Campus Ecotekne University of Salento, via Monteroni Lecce 73100 Italy

Center for Biomolecular Nanotechnologies Istituto Italiano di Tecnologia Arnesano (LE) 73010 Italy

Dipartimento di Fisica Politecnico di Milano Piazza Leonardo da Vinci, 32 Milano 20133 Italy

Centro Ricerche Brindisi Agenzia Nazionale per le nuove tecnologie l'energia e lo sviluppo economico sostenibile ENEA‐SSPT‐EC‐RMP c/o Cittadella della Ricerca S.S.7 "Appia" Km 706 Brindisi 72100 Italy

ENS Lyon UMR 5276 LGL‐TPE Université Claude Bernard Lyon 1 CNRS Lyon 69626 France

INSA Lyon Université Claude Bernard Lyon 1 CNRS MATEIS UMR5510 Villeurbanne France

Dipartimento di Ingegneria Università di Palermo Viale delle Scienze ed. 6 Palermo 90128 Italy

ISMN‐CNR Via Ugo la Malfa 153 Palermo 90146 Italy

References (100+)

Show source-provided references
1. 10.1039/C3CS60378D10.1039/C3CS60378D ↗
2. 10.1002/adma.20190199710.1002/adma.201901997 ↗
3. 10.1016/j.apcatb.2018.11.08010.1016/j.apcatb.2018.11.080 ↗
4. 10.1039/C4CY00974F10.1039/C4CY00974F ↗
5. 10.1021/acs.chemrev.6b0039610.1021/acs.chemrev.6b00396 ↗
6. 10.1021/cr500008u10.1021/cr500008u ↗
7. 10.1016/j.apsusc.2016.09.09310.1016/j.apsusc.2016.09.093 ↗
8. 10.3390/catal809035310.3390/catal8090353 ↗
9. 10.1021/ja06705010.1021/ja067050 ↗
10. 10.1021/ja204838s10.1021/ja204838s ↗
11. 10.1007/s10853-015-9303-710.1007/s10853-015-9303-7 ↗
12. 10.1039/D0NR03393F10.1039/D0NR03393F ↗
13. 10.1016/j.apcatb.2009.05.00510.1016/j.apcatb.2009.05.005 ↗
14. 10.1016/j.apsusc.2020.14541910.1016/j.apsusc.2020.145419 ↗
15. 10.1016/j.apcata.2015.04.03310.1016/j.apcata.2015.04.033 ↗
16. 10.1039/c9pp00163h10.1039/c9pp00163h ↗
17. 10.1016/j.apcatb.2016.01.00410.1016/j.apcatb.2016.01.004 ↗
18. 10.1186/s11671-016-1408-710.1186/s11671-016-1408-7 ↗
19. 10.1002/ejic.20150121310.1002/ejic.201501213 ↗
20. 10.1038/s43246-021-00220-410.1038/s43246-021-00220-4 ↗
21. 10.1007/s11244-023-01839-y10.1007/s11244-023-01839-y ↗
22. 10.1021/acs.nanolett.0c0461410.1021/acs.nanolett.0c04614 ↗
23. 10.1002/adfm.20180869610.1002/adfm.201808696 ↗
24. 10.1021/acsenergylett.8b0092510.1021/acsenergylett.8b00925 ↗
25. 10.1002/advs.20180074810.1002/advs.201800748 ↗
26. 10.1126/science.120531210.1126/science.1205312 ↗
27. 10.1063/5.000533410.1063/5.0005334 ↗
28. 10.1021/jacs.6b1285010.1021/jacs.6b12850 ↗
29. 10.1021/jp076978110.1021/jp0769781 ↗
30. 10.1016/j.cattod.2021.02.00110.1016/j.cattod.2021.02.001 ↗
31. 10.1016/j.cattod.2013.01.00810.1016/j.cattod.2013.01.008 ↗
32. 10.1021/am200875710.1021/am2008757 ↗
33. 10.1039/D0MA00171F10.1039/D0MA00171F ↗
34. 10.1021/acsanm.5c0020610.1021/acsanm.5c00206 ↗
35. 10.3390/molecules2910234710.3390/molecules29102347 ↗
36. 10.3390/nano1009179010.3390/nano10091790 ↗
37. 10.3390/molecules3005112710.3390/molecules30051127 ↗
38. 10.7150/thno.3357410.7150/thno.33574 ↗
39. 10.1016/j.envres.2021.11125910.1016/j.envres.2021.111259 ↗
40. 10.1038/s41598-017-01244-y10.1038/s41598-017-01244-y ↗
41. 10.1002/adma.20210933010.1002/adma.202109330 ↗
42. 10.1002/adfm.20160541310.1002/adfm.201605413 ↗
43. 10.1002/adma.20170522110.1002/adma.201705221 ↗
44. 10.1016/j.cattod.2012.03.00810.1016/j.cattod.2012.03.008 ↗
45. 10.1016/j.cattod.2018.11.03510.1016/j.cattod.2018.11.035 ↗
46. 10.1016/j.apcatb.2017.02.05910.1016/j.apcatb.2017.02.059 ↗
47. 10.1016/j.electacta.2019.13518910.1016/j.electacta.2019.135189 ↗
48. 10.1039/c3ta01444d10.1039/c3ta01444d ↗
49. 10.1016/j.apsusc.2014.05.23010.1016/j.apsusc.2014.05.230 ↗
50. 10.1016/j.cattod.2014.09.01210.1016/j.cattod.2014.09.012 ↗
51. 10.4028/www.scientific.net/NHC.20.110.4028/www.scientific.net/NHC.20.1 ↗
52. 10.1039/c3ce40620b10.1039/c3ce40620b ↗
53. 10.1039/c1jm11629k10.1039/c1jm11629k ↗
54. 10.1021/nn404087610.1021/nn4040876 ↗
55. 10.1016/j.mssp.2018.07.02810.1016/j.mssp.2018.07.028 ↗
56. 10.1002/anie.20110127410.1002/anie.201101274 ↗
57. 10.1002/(SICI)1099-0682(19990202)1999:2<235::AID-EJIC235>3.0.CO;2-N10.1002/(SICI)1099-0682(19990202)1999:2<235::AID-EJIC235>3.0.CO;2-N ↗
58. 10.1088/1361-6528/abc64110.1088/1361-6528/abc641 ↗
59. 10.1016/j.apcatb.2008.01.02210.1016/j.apcatb.2008.01.022 ↗
60. 10.1021/acsomega.0c0143810.1021/acsomega.0c01438 ↗
61. 10.1016/j.elecom.2009.01.02410.1016/j.elecom.2009.01.024 ↗
62. 10.1039/c0cc04770h10.1039/c0cc04770h ↗
63. 10.1002/jrs.125007060610.1002/jrs.1250070606 ↗
64. 10.1038/srep1095210.1038/srep10952 ↗
65. 10.1063/1.366588310.1063/1.3665883 ↗
66. 10.1002/adfm.20100247710.1002/adfm.201002477 ↗
67. 10.1016/j.jcat.2012.06.00310.1016/j.jcat.2012.06.003 ↗
68. 10.1016/j.jcat.2013.06.02410.1016/j.jcat.2013.06.024 ↗
69. 10.1016/j.powtec.2005.08.01210.1016/j.powtec.2005.08.012 ↗
70. 10.1186/2228-5326-3-2510.1186/2228-5326-3-25 ↗
71. 10.1021/acs.jpclett.8b0289210.1021/acs.jpclett.8b02892 ↗
72. 10.1021/am502615910.1021/am5026159 ↗
73. 10.1021/acsphotonics.9b0182510.1021/acsphotonics.9b01825 ↗
74. 10.1039/C9SC00693A10.1039/C9SC00693A ↗
75. 10.1126/sciadv.aax942710.1126/sciadv.aax9427 ↗
76. 10.1103/PhysRevB.84.07310310.1103/PhysRevB.84.073103 ↗
77. Dekorsy T. · 2000
78. Cerullo G. · 2007
79. Ishioka K. · 2010
80. 10.1103/PhysRevB.60.192810.1103/PhysRevB.60.1928 ↗
81. 10.1021/acs.nanolett.8b0183710.1021/acs.nanolett.8b01837 ↗
82. 10.1038/s41563-022-01438-410.1038/s41563-022-01438-4 ↗
83. 10.1063/1.475400510.1063/1.4754005 ↗
84. 10.1016/S0301-0104(99)00304-310.1016/S0301-0104(99)00304-3 ↗
85. 10.1016/j.nantod.2019.05.00610.1016/j.nantod.2019.05.006 ↗
86. 10.1515/nanoph-2022-059210.1515/nanoph-2022-0592 ↗
87. 10.1126/sciadv.adu885010.1126/sciadv.adu8850 ↗
88. 10.1021/jp405430m10.1021/jp405430m ↗
89. 10.1039/C7TC00600D10.1039/C7TC00600D ↗
90. 10.1021/acsenergylett.7b0033310.1021/acsenergylett.7b00333 ↗
91. 10.1039/c3cy00219e10.1039/c3cy00219e ↗
92. 10.1351/PAC-REC-09-09-3610.1351/PAC-REC-09-09-36 ↗
93. 10.1021/acs.chemmater.6b0290710.1021/acs.chemmater.6b02907 ↗
94. 10.1038/s41598-025-99138-x10.1038/s41598-025-99138-x ↗
95. 10.1016/j.apcatb.2015.11.03710.1016/j.apcatb.2015.11.037 ↗
96. 10.1002/adma.20230775910.1002/adma.202307759 ↗
97. 10.1002/adfm.20250318610.1002/adfm.202503186 ↗
98. 10.1007/s10562-021-03573-010.1007/s10562-021-03573-0 ↗
99. Ma C. M. · J. Adv. Oxidation Technol. · 2007 · 10 · 361
100. 10.1016/j.jcat.2011.03.01310.1016/j.jcat.2011.03.013 ↗