Синтез и фотокаталитическая активность гетеро структур TiO2 / Ti

  • Мария Александровна Евсейчик 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
  • Диана Ивановна Гаглоева Северо-Осетинский государственный университет им. К. Л. Хетагурова, ул. Ватутина, 44–46, 362025, г. Владикавказ, Россия
  • Сослан Арсенович Хубежов Центр инноваций и развития Харбинского инженерного университета, 266000, г. Циндао, Китай
  • 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
  • Игорь Иванович Макоед Брестский государственный университет им. А. С. Пушкина, бул. Космонавтов, 21, 224016, г. Брест, Беларусь
  • Шавкат Исроилович Маматкулов Институт материаловедения научно-производственного объединения «Физика – Солнце» Академии наук Республики Узбекистан, ул. Чингиза Айтматова, 2б, 100084, г. Ташкент, Узбекистан
  • Мария Дмитриевна Печерская Институт материаловедения научно-производственного объединения «Физика – Солнце» Академии наук Республики Узбекистан, ул. Чингиза Айтматова, 2б, 100084, г. Ташкент, Узбекистан
  • Дмитрий Владимирович Якимчук Научно-практический центр НАН Беларуси по материаловедению, ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Методом химического структурирования с последующим отжигом на основе титановой фольги получена гетероструктура TiO2 / Ti с развитой сетчато-игольчатой поверхностью, сформированной квазиупорядоченно пересекающимися нанонитями диоксида титана со средней толщиной 55 нм. По результатам рентгеновского дифракционного анализа и спектроскопии комбинационного рассеяния света установлено образование на поверхности титановой фольги после химической и последующей термической обработки тонкого структурированного оксидного слоя, состоящего из смеси полиморфных модификаций TiO2 – анатаза и рутила, причем анатаз является доминирующей фазой. Фотокаталитическая активность гетероструктуры TiO2 / Ti в отношении модельного загрязнителя метиленового синего в водном растворе при активации УФ-излучением (365 нм) приводит к деградации 9 % красителя в течение 50 мин, что является высоким показателем для тонких пленок. Полученные структурированные фотокаталитически активные слои диоксида титана могут применяться в портативных устройствах очистки воды и воздуха, а также благодаря высокоразвитой поверхности могут стать основой для сенсорных устройств и плазмонных материалов.

Биографии авторов

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

младший научный сотрудник центра 4.11 «Наноэлектроника и новые материалы» научно-исследовательской части, ассистент кафедры физики факультета компьютерных систем и сетей

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

Диана Ивановна Гаглоева, Северо-Осетинский государственный университет им. К. Л. Хетагурова, ул. Ватутина, 44–46, 362025, г. Владикавказ, Россия

инженер центра коллективного пользования «Физика и технологии наноструктур»

Сослан Арсенович Хубежов, Центр инноваций и развития Харбинского инженерного университета, 266000, г. Циндао, Китай

кандидат физико-математических наук; научный сотрудник

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 4.11 «Наноэлектроника и новые материалы» научноисследовательской части Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории энергоэффективных материалов и технологий физического факультета Белорусского государственного университета

Игорь Иванович Макоед, Брестский государственный университет им. А. С. Пушкина, бул. Космонавтов, 21, 224016, г. Брест, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры общей и теоретической физики физико-математического факультета

Шавкат Исроилович Маматкулов, Институт материаловедения научно-производственного объединения «Физика – Солнце» Академии наук Республики Узбекистан, ул. Чингиза Айтматова, 2б, 100084, г. Ташкент, Узбекистан

доктор физико-математических наук; заведующий лабораторией многофункцио­ нальных материалов

Мария Дмитриевна Печерская, Институт материаловедения научно-производственного объединения «Физика – Солнце» Академии наук Республики Узбекистан, ул. Чингиза Айтматова, 2б, 100084, г. Ташкент, Узбекистан

младший научный сотрудник лаборатории многофункциональных материалов

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

кандидат физико-математических наук, доцент; старший научный сотрудник

Литература

  1. Leong S, Razmjou A, Wang K, Hapgood K, Zhang X, Wang H. TiO2 based photocatalytic membranes: a review. Journal of Membrane Science. 2014;472:167–184. DOI: j.memsci.2014.08.016.
  2. Žerjav G, Žižek K, Zavašnik J, Pintar A. Brookite vs rutile vs anatase: what’s behind their various photocatalytic activities? Journal of Environmental Chemical Engineering. 2022;10(3):107722. DOI: j.jece.2022.107722.
  3. Pelaez M, Nolan NT, Pillai SC, Seery MK, Falaras P, Kontos AG, et al. A review on the visible light active titanium dioxide photocatalysts for environmental applications. Applied Catalysis B: Environmental. 2012;125:331–349. DOI: j.apcatb.2012.05.036.
  4. Verma V, Al-Dossari M, Singh J, Rawat M, Kordy MGM, Shaban M. A review on green synthesis of TiO2 NPs: photocatalysis and antimicrobial applications. Polymers. 2022;14(7):1444. DOI: polym14071444.
  5. Kumar SG, Devi LG. Review on modified TiO2 photocatalysis under UV/visible light: selected results and related mechanisms on interfacial charge carrier transfer dynamics. Journal of Physical Chemistry A. 2011;115(46):13211–13241. DOI: jp204364a.
  6. Schneider J, Matsuoka M, Takeuchi M, Zhang J, Horiuchi Y, Anpo M, et al. Understanding TiO2 photocatalysis: mechanisms and materials. Chemical Reviews. 2014;114(19):9919–9986. DOI: cr5001892.
  7. Yadav S, Jaiswar G. Review on undoped/doped TiO2 nanomaterial; synthesis and photocatalytic and antimicrobial activity. Journal of the Chinese Chemical Society. 2016;1:103–116. DOI: 10.1002/jccs.201600735.
  8. Baglov AV, Shevtsova TA, Khoroshko LS, Dudchik NV, Drоzdova 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:1561-8323-2019-63-2-157-163.
  9. Lan Y, Lu Y, Ren Z. Mini review on photocatalysis of titanium dioxide nanoparticles and their solar applications. Nano Energy. 2013;2(5):1031–1045. DOI: j.nanoen.2013.04.
  10. Ohtani B, Prieto-Mahaney OO, Li D, Abe R. What is Degussa (Evonik) P25? Crystalline composition analysis, reconstruction from isolated pure particles and photocatalytic activity test. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2010;216(2–3): 179–182. DOI: j.jphotochem.2010.07.024.
  11. Кубашевский О, Гопкинс БЭ. Окисление металлов и сплавов. Алексеева ВА, переводчик. Москва: Металлургия; 1965. 428 с.
  12. Vaquila I, Vergara LI, Passeggi MCG, Vidal RA, Ferron J. Chemical reactions at surfaces: titanium oxidation. Surface and Coatings Technology. 1999;122(1):67–71. DOI:10.1016/s0257-8972(99)00420-x.
  13. Лучинский ГП. Химия титана. Москва: Химия; 1971. 471 с.
  14. Войтович РФ, Головко ЭИ. Высокотемпературное окисление титана и его сплавов. Киев: Наукова думка; 1984. 256 с.
  15. Korshunov AV, Il’in AP, Lotkov AI, Ratochka IV, Morozova TP, Lykova ON. Features of oxidation of submicrocrystalline titanium when heated in air. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. 2011;319(3):10–16. Russian.
  16. Bertrand G, Jarraya K, Chaix JM. Morphology of oxide scales formed on titanium. Oxidation of Metals. 1984;21(1–2):1–19. DOI:10.1007/bf00659464.
  17. Li G-G, Ishigaki T, Sun X. Anatase, brookite, and rutile nanocrystals via redox reactions under mild hydrothermal conditions: phase-selective synthesis and physicochemical properties. Journal of Physical Chemistry C. 2007;111(13):4969–4976. DOI:10.1021/ jp0673258.
  18. Azmat R, Saeed A. Catalytic degradation of methylene blue by nanostructured CrO(OH) prepared by hydrothermal method. European Chemical Bulletin. 2014;3(5):417–421. DOI: 10.17628/ECB.2014.3.417.
  19. Baglov AV, Denisov NM, Borisenko VE, Uglov VV, Malashevich AA. Photocatalytic activity of nanostructured titania coatings on aluminum substrates. Inorganic Materials. 2017;53:1180–1184. DOI:10.1134/S0020168517110036.
  20. 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. 2023;108:320–324. DOI:10.1007/s10971-022-05906-w.
  21. 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.
  22. Gavrilov DA, Leus AV, Gavrilova TS. Application of portable Raman spectrometer in security systems. T-Comm. 2011;1:35–37. Russian.
  23. Zalduendo MM, Oestreicher V, Langer J, Liz-Marzán LM, Angelomé PC. Monitoring chemical reactions with SERS-active Ag-loaded mesoporous TiO2 films. Analytical Chemistry. 2020;92(20):13656–13660. DOI:10.1021/acs.analchem.0c03310.
Опубликован
2024-09-30
Ключевые слова: наноструктуры, диоксид титана, фотокатализ, функциональные наноматериалы
Поддерживающие организации Исследования выполнены в рамках проекта Ф23УЗБ-061.
Как цитировать
Евсейчик, М. А., Хорошко, Л. С., Гаглоева, Д. И., Хубежов, С. А., Баглов, А. В., Макоед, И. И., Маматкулов, Ш. И., Печерская, М. Д., & Якимчук, Д. В. (2024). Синтез и фотокаталитическая активность гетеро структур TiO2 / Ti. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 3, 17-24. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/6315
Выпуск
№ 3 (2024): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Наноматериалы и нанотехнологии

Copyright (c) 2024 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).