Исследование парамагнитных центров в мезопористом диоксиде титана, полученном окислением карбида титана азотной кислотой, методом электронного парамагнитного резонанса

  • Евгений Андреевич Оводок Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск
  • Мария Ивановна Ивановская Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск
  • Сергей Кондратьевич Позняк Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск
  • Татьяна Васильевна Гаевская Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск
  • Игорь Иосифович Азарко Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск

Аннотация

Методом электронного парамагнитного резонанса исследована природа парамагнитных центров и радикальных форм примесей в диоксиде титана (TiO2 ), полученном путем окисления карбида титана азотной кислотой и последующего прогрева в различных условиях. Установлено наличие в TiO2 после прогрева на воздухе парамагнитных форм NO2 , NO22−, NО, O3– и в небольшом количестве ·С ≡. Прогрев в аргоне приводит к появлению Ti3+ и большого количества С-содержащих радикалов, характерных для аморфного углерода. Рассмотрены процессы формирования парамагнитных центров и радикалов в TiO2.

Биографии авторов

Евгений Андреевич Оводок, Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск

научный сотрудник лаборатории химии тонких пленок

Мария Ивановна Ивановская, Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск

кандидат химических наук, доцент; ведущий научный сотрудник лаборатории химии тонких пленок

Сергей Кондратьевич Позняк, Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск

кандидат химических наук; ведущий научный сотрудник лаборатории химии тонких пленок

Татьяна Васильевна Гаевская, Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск

кандидат химических наук, доцент; ведущий научный сотрудник лаборатории химии тонких пленок

Игорь Иосифович Азарко, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск

кандидат физико-математических наук; заведующий научно-исследовательской лабораторией физики и техники полупроводников при кафедре физики полупроводников и наноэлектроники физического факультета

Литература

  1. Poznyak S., Ovodok E., Maltanava A., et al. Synthesis and characterization of efficient TiO2 mesoporous photocatalysts. ANM-2016 : proc. of VII Intern. conf. on advanced nanomaterials (Aveiro, 25–27 July, 2016). Aveiro, 2016. P. 31.
  2. Ovodok E. A., Ivanovskaya M. I., Poznyak S. K., et al. [Synthesis and structural characterization of mesoporous titanium dioxide]. Nanostrukturnye materialy – 2016: Belarus’ – Rossiya – Ukraina (Nano-2016) : materialy V mezhdunar. nauchn. konf. (Minsk, 22–25 Novemb., 2016). Minsk, 2016. P. 181–183 (in Russ.).
  3. Shieh D. L., Li J. S., Shieh M. J., et al. A novel approach to mesoporous anatase TiO2: Oxidation of TiC by nitric acid. Microporous mesoporous mater. 2007. Vol. 98, issues 1–3. P. 339–343. DOI: 10.1016/j.micromeso.2006.09.039.
  4. Etkins P., Saimons M. [EPR spectra and structure of inorganic radicals]. Moscow, 1970 (in Russ.).
  5. Mizokawa Y., Nakamura S. ESR study of the oxygen, hydrogen and nitrogen oxide on tin dioxide. Jpn. J. A ppl. Phys. 1974. Vol. 13, suppl. 2-2. P. 253–256.
  6. Lunsford J. H. ESR of adsorbed oxygen species. Catal. Rev. 1973. Vol. 8, No. 1. P. 135–157.
  7. Hoff J. Formation of paramagnetic surface species during the oxidation of nonstoichiometric TiO2(A), SnO2, and ZnO. J. Catal. 1968. Vol. 11, issues 1–3. P. 277–279. DOI: 10.1016/0021-9517(68)90047-X.
  8. Vertts J., Bolton J. [The theory and practical applications of EPR]. Moscow, 1975 (in Russ.).
  9. Ivanovskaya M., Bogdanov P., Faglia G. The features of thin film and ceramic sensors for the detection of CO and NO2. Sens. Actuators B. 2000. Vol. 68. P. 344–350. DOI: 10.1016/S0925-4005(00)00455-X.
  10. Kravchuk L. S., Ugolev I. I., Kozlov N. S., et al. [Textural and paramagnetic properties of amorphous alumina]. React. Kinet., Mech. Catal. 1984. Vol. 25, issues 1–2. P. 55–58. DOI: 10.1007/BF02076539 (in Russ.).
  11. Ismailov E. G., Maksimov N. G., Anufrienko V. F. [Study of nitrogen oxides, stabilized in TiO2, by EPR method]. Izv. Akad. Nauk SSSR. Ser. khim. 1976. No. 5. P. 272–276 (in Russ.).
  12. Iyengar R. D., Rao V. V. S. Electron spin resonance of nitrogen dioxide (NO2) adsorbed on zinc oxide. J. A m. Chem. Soc. 1968. Vol. 90, issue 12. P. 3267–3269. DOI: 10.1021/ja01014a068.
  13. Iyengar R. D., Kellerman R. Esr studies on the role of ammonia in promoting radical species in precipitated titanium dioxide. J. Colloid Interface Sci. 1971. Vol. 35, issue 3. P. 424 – 433. DOI: 10.1016/0021-9797(71)90142-1.
  14. Szabo Z. G., Stone F. S., Klier K., et al. General discussions. J. Discussions Faraday Soc. 1966. Vol. 41. P. 305–327. DOI: 10.1039/DF9664100305.
  15. Valentin C., Pacchioni G., Selloni A., et al. Characterization of paramagnetic species in N-doped TiO2 powders by EPR spectroscopy and DFT calculations. J. Phys. Chem. B. 2005. Vol. 109, issue 23. Р. 11414–11419. DOI: 10.1021/jp051756t.
  16. Mei P., Henderson M., Kassiba A., et al. EPR study of nitrogen-doped mesoporous TiO2 powders. J. Phys. Chem. Solids. 2010. Vol. 71, issue 1. P. 1–6. DOI: 10.1016/j.jpcs.2009.08.002.
  17. Larionov S. V. [Some new trends in the chemistry of coordination compounds of metals with nitroxyl radicals]. Izv. SO Akad. Nauk SSSR. Ser. khim. nauk. 1990. No. 3. P. 34–39 (in Russ.).
  18. Shvets V. A. [Application of Electron Paramagnetic Resonance and Ultraviolet Spectroscopy to the Study of Coordination-unsaturated Transition Metal Ions on the Surfaces of Catalysts]. Usp. Khim. 1986. Vol. 55, No. 3. P. 427–449. DOI: 10.1070/RC1986v055n03ABEH003182 (in Russ.).
  19. Ilichev A. N., Uharskiy A. A., Martyshak V. A. Interaction of NO + O2 mixture with a Cu /ZSM-5 zeolite according to the ESR and IR spectroscopy data in situ. Kinet. katal. 1997. Vol. 38, No. 3. P. 425–431 (in Russ.).
  20. Grey G. [Electrons and chemical bonding]. Moscow, 1967 (in Russ.).
  21. Davydov A. Molecular Spectroscopy of Oxide Catalyst Surfaces. Chichester, 2003.
  22. Buyanov R. L. [Coking of catalysts]. Novosibirsk, 1983 (in Russ.).
  23. Polubojarov V. A., Andrjushkova O. V., Avvakumov E. G., et al. [ESR and pyrolysis studies of the coals and kerogens composition and structure changes under the action of mechanochemical activation]. Sib. khim. zh. 1991. No. 6. P. 136–141 (in Russ.).
  24. Polubojarov V. A., Andrjushkova O. V., Bulynnikova M. Y., et al. [ESR and pyrolysis studies of the organic-substance composition and structure changes after electron-irradiation]. Sib. khim. zh. 1992. No. 2. P. 118–124 (in Russ.).
  25. Krichko A. A., Navalikhina M. D. [Catalysts based on activated carbons]. Itogi nauki tekh. Moscow, 1977. Vol. 4. P. 95–111 (in Russ.).
  26. Diebold U. The Surface science of titanium dioxide. Surf. Sci. Rep. 2003. Vol. 48. P. 53–229. DOI: 10.1016/S0167-5729(02)00100-0.
  27. Kerrington A., Mak-Lechlan E. [Magnetic resonance and its application in chemistry]. Moscow, 1970 (in Russ.).
  28. Avvakumov E. G., Anufrienko V. F., Vaucelles S. V., et al. [Study structural changes in the mechanically activated oxide of titanium and vanadium by ESR method]. Izv. SO Akad. Nauk SSSR. Ser. khim. nauk. 1987. Issue 1, No. 2. P. 41–48 (in Russ.).
Опубликован
2017-12-01
Ключевые слова: мезопористый TiO2, электронный парамагнитный резонанс, С- и N-содержащие парамагнитные центры
Как цитировать
Оводок, Е. А., Ивановская, М. И., Позняк, С. К., Гаевская, Т. В., & Азарко, И. И. (2017). Исследование парамагнитных центров в мезопористом диоксиде титана, полученном окислением карбида титана азотной кислотой, методом электронного парамагнитного резонанса. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 2, 50-58. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/chemistry/article/view/1167
Выпуск
№ 2 (2017): Журнал Белорусского государственного университета. Химия
Раздел
Оригинальные статьи

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).