Одностадийный темплатный золь-гель синтез тонкопленочных фотокатализаторов на основе TiO2

  • Мария Александровна Евсейчик Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, 220013, г. Минск, Беларусь
  • Сергей Евгеньевич Максимов Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, 220013, г. Минск, Беларусь
  • Людмила Сергеевна Хорошко Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, 220013, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Алексей Викторович Баглов Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, 220013, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Ольга Васильевна Королик Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Дмитрий Владимирович Якимчук Научно-практический центр НАН Беларуси по материаловедению, ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь
  • Олим Нарбекович Рузимурадов Туринский политехнический университет в городе Ташкенте, ул. Кичик Халка Йули, 17, 100095, г. Ташкент, Узбекистан
  • Шавкат Исраилович Маматкулов Институт материаловедения НПО «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан, ул. Бодомзор Йули, 2б, 100084, г. Ташкент, Узбекистан

Аннотация

Из суспензий на основе бескислотного золя, образующего диоксид титана (TiO2), и тиокарбамида в различной концентрации получены тонкопленочные покрытия TiO2 на монокристаллическом кремнии. Исследованы морфология, фазовый состав и фотокаталитические свойства сформированных пленок. Методом спектроскопии комбинационного рассеяния света установлено формирование смеси фаз анатаза и рутила в пленке TiO2, причем при повышении температуры отжига структур TiO2 – Si с 550 до 850 °С доля рутила увеличивается. Зарегистрирована фотокаталитическая активность полученных структур в отношении тестового органического загрязнителя – красителя родамина Б. Отмечено, что при облучении водных растворов родамина Б УФ-излучением (длина волны 365 нм) в присутствии созданных пленочных структур на протяжении 60 мин наблюдается обесцвечивание до 48 % красителя относительно его исходной концентрации. Наилучший результат показывает пленка TiO2, сформированная из суспензии с максимальной концентрацией тиокарбамида (96 мг/мл) при температуре отжига 850 °С. Обсуждены перспективы использования полученных тонкопленочных покрытий в системах очистки воды от органических загрязнений.

Биографии авторов

Мария Александровна Евсейчик , Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, 220013, г. Минск, Беларусь

ассистент кафедры физики факультета компьютерных систем и сетей

Сергей Евгеньевич Максимов, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, 220013, г. Минск, Беларусь

техник Центра наноэлектроники и новых материалов

Людмила Сергеевна Хорошко, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, 220013, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры микро- и наноэлектроники факультета радиотехники и электроники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории энергоэффективных материалов и технологий физического факультета Белорусского государственного университета

Алексей Викторович Баглов , Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, 220013, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

научный сотрудник Центра наноэлектроники и новых материалов Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории энергоэффективных материалов и технологий физического факультета Белорусского государственного университета

Ольга Васильевна Королик , Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; заведующий научно-исследовательской лабораторией энергоэффективных материалов и технологий физического факультета

Дмитрий Владимирович Якимчук , Научно-практический центр НАН Беларуси по материаловедению, ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат физикоматематических наук, доцент; старший научный сотрудник отдела криогенных исследований

Олим Нарбекович Рузимурадов, Туринский политехнический университет в городе Ташкенте, ул. Кичик Халка Йули, 17, 100095, г. Ташкент, Узбекистан

доктор химических наук; профессор кафедры естественно-математических наук

Шавкат Исраилович Маматкулов, Институт материаловедения НПО «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан, ул. Бодомзор Йули, 2б, 100084, г. Ташкент, Узбекистан

кандидат физикоматематических наук; заведующий лабораторией многофункциональных материалов

Литература

  1. Tekin D, Birhan D, Kiziltas H. Thermal, photocatalytic, and antibacterial properties of calcinated nano-TiO2 /polymer composites. Materials Chemistry and Physics. 2020;251:123067. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2020.123067.
  2. Pant B, Park M, Park S-J. Recent advances in TiO2 films prepared by sol-gel methods for photocatalytic degradation of organic pollutants and antibacterial activities. Coatings. 2019;9(10):613. DOI: 10.3390/coatings9100613.
  3. Qi Kezhen, Cheng Bei, Yu Jiaguo, Ho Wingkei. Review on the improvement of the photocatalytic and antibacterial activities of ZnO. Journal of Alloys and Compounds. 2017;727:792–820. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.08.142.
  4. Oliveira HA, Azevedo A, Rubio J. Removal of flocculated TiO2 nanoparticles by settling or dissolved air flotation. Environmental Technology. 2021;42(7):1001–1012. DOI: 10.1080/09593330.2019.1650123.
  5. Khoroshko L, Borisenko V, Baltrukovich P, Nurmonov S, Ruzimuradov O. One-step sol-gel fabrication of TiO2 /(CuO + Cu2O) photocatalysts. Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2022:1–5. DOI: 10.1007/s10971-022-05906-w.
  6. Baglov AV, Shevtsova TA, Khoroshko LS, Dudchik NV, Drozdova AV, Borisenko VE. Forming immobilized nanostructured titanium dioxide having antibacterial properties. Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus. 2019;63(2):157–163. Russian. DOI: 10.29235/1561-8323-2019-63-2-157-163.
  7. Kang Wenda, Chen Shuo, Yu Hongtao, Xu Tengyao, Wu Shuai, Wang Xiaoting, et al. Photocatalytic ozonation of organic pollutants in wastewater using a flowing through reactor. Journal of Hazardous Materials. 2021;405:124277. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.124277.
  8. Baglov AV, Radionov AA, Chubenko EB, Zaycev VA, Borisenko VE. Installation for photocatalytic water purification from organic pollution in the flow reactor. Doklady BGUIR. 2018;4:45–50. Russian.
  9. Ray AK. Photocatalytic reactor configurations for water purification: experimentation and modeling. Advances in Chemical Engineering. 2009;36:145–184. DOI: 10.1016/S0065-2377(09)00405-0.
  10. Linnik O, Smirnova N, Zhukovskiy M, Orekhovskaya T, Asharif A, Borisenko V, et al. Influence of support nature on photocatalytic activity of TiO2 film. Advanced Science, Engineering and Medicine. 2013;5(4):371–376. DOI: 10.1166/asem.2013.1289.
  11. Gaponenko NV, Kortov VS, Smirnova NP, Orekhovskaya TI, Nikolaenko IA, Pustovarov VA, et al. Sol-gel derived structures for optical design and photocatalytic application. Microelectronic Engineering. 2012;90:131–137. DOI: 10.1016/j.mee.2011.04.002.
  12. Linnik OP, Zhukovskiy MA, Starukh GN, Smirnova NP, Gaponenko NV, Asharif AM, et al. Photocatalytic destruction of tetracycline hydrochloride on the surface of titanium dioxide films modified by gold nanoparticles. Journal of Applied Spectroscopy. 2015;81(6):990–995. DOI: 10.1007/s10812-015-0040-0.
  13. Ovodok E, Maltanava H, Poznyak S, Ivanovskaya M, Kudlash A, Scharnagl N, et al. Sol-gel template synthesis of mesoporous carbon-doped TiO2 with photocatalytic activity under visible light. Materials Today: Proceedings. 2018;5(9, part 2):17422–17430. DOI: 10.1016/j.matpr.2018.06.044.
  14. Lalliansanga, Tiwari D, Lee S-M, Kim D-J. Photocatalytic degradation of amoxicillin and tetracycline by template synthesized nano-structured Ce3+@TiO2 thin film catalyst. Environmental Research. 2022;210:112914. DOI: 10.1016/j.envres.2022.112914.
  15. Baglov AV, Khoroshko LS, Yatskevich PA. Optimization of two-scale oxide structure configuration for photocatalytic applications. Doklady BGUIR. 2020;18(3):42–48. Russian. DOI: 10.35596/1729-7648-2020-18-3-42-48.
  16. Li J-G, Ishigaki T, Sun X. Anatase, brookite, and rutile nanocrystals via redox reactions under mild hydrothermal conditions: phase-selective synthesis and physicochemical properties. The Journal of Physical Chemistry C. 2007;111(13):4969–4976. DOI: 10.1021/jp0673258.
  17. Chubenko EB, Baglov AV, Gnit’ko AA, Maksimov SE, Borisenko VE, Kulak AI, et al. Structural and phase transformations in the thiourea/zinc acetate system. Inorganic Materials. 2022;58(2):117–123. DOI: 10.1134/S0020168522020054.
  18. Wang Hui, Zhang Xiaodong, Xie Junfeng, Zhang Jiajia, Ma Piao, Pan Bicai, et al. Structural distortion in graphitic-C3N4 realizing an efficient photoreactivity. Nanoscale. 2015;7(12):5152–5156. DOI: 10.1039/C4NR07645A.
  19. Yauseichyk MA, Maksimov SE, Khoroshko LS, Korolik OV, Yakimchuk DV. Synthesis and properties of thin-film TiO2 /g-C3N4 heterostructures [CD-ROM]. Fedosyuk VM, editor. Actual problems of solid state physics. Proceedings book of the X International scientific conference; 2023 May 22–26; Minsk, Belarus. Minsk: A. N. Varaksin; 2023. p. 638–641. 1 CD-ROM: 4 3/4 in. Russian.
  20. Banerjee S, Dionysiou DD, Pillai SC. Self-cleaning applications of TiO2 by photo-induced hydrophilicity and photocatalysis. Applied Catalysis B: Environmental. 2015;176–177:396–428. DOI: 10.1016/j.apcatb.2015.03.058.
  21. Shamsudin S, Ahmad MK, Aziz AN, Fakhriah R, Mohamad F, Ahmad N, et al. Hydrophobic rutile phase TiO2 nanostructure and its properties for self-cleaning application. AIP Conference Proceedings. 2017;1883:020030. DOI: 10.1063/1.5002048.
Опубликован
2023-05-25
Ключевые слова: золь-гель синтез, темплатный метод, диоксид титана, фотокатализ, рутил, анатаз, тиокарбамид
Поддерживающие организации Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект Ф21УЗБГ-002).
Как цитировать
Евсейчик , М. А., Максимов, С. Е., Хорошко, Л. С., Баглов , А. В., Королик , О. В., Якимчук , Д. В., Рузимурадов, О. Н., & Маматкулов, Ш. И. (2023). Одностадийный темплатный золь-гель синтез тонкопленочных фотокатализаторов на основе TiO2. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 58-65. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/5604
Выпуск
№ 2 (2023): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика и техника полупроводников

Copyright (c) 2023 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

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).