Синтез и свойства ге­те­ро­струк­тур Ag/TiO2/Ti

Авторы

  • Сергей Евгеньевич Максимов Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, 220013, г. Минск, Беларусь
  • Алексей Дмитриевич Сонных Научно-практический центр НАН Беларуси по материаловедению, ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь
  • Дмитрий Владимирович Якимчук Научно-практический центр НАН Беларуси по материаловедению, ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь
  • Шавкат Исроилович Маматкулов Институт материаловедения научно-производственного объединения «Физика – Солнце» Академии наук Республики Узбекистан, ул. Чингиза Айтматова, 2б, 100084, г. Ташкент, Узбекистан
  • Ольга Анатольевна Галкина Институт материаловедения научно-производственного объединения «Физика – Солнце» Академии наук Республики Узбекистан, ул. Чингиза Айтматова, 2б, 100084, г. Ташкент, Узбекистан
  • 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
  • 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

Ключевые слова:

гетероструктуры, серебро, диоксид титана, фотокатализ, плазмонные структуры, бифункциональные структуры
Поддерживающие организации
Исследование выполнено при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда и Министерства образования Республики Беларусь (проект T24MB-007, № гос. регистрации 20241326). Авторы выражают признательность М. А. Евсейчик (Диве) за помощь в получении экспериментальных образцов и проведении измерений.

Аннотация

Методом электрохимического осаждения из раствора нитрата серебра на титановой подложке с тонким слоем диоксида титана, полученного с помощью двухступенчатого химико-термического окисления, синтезирована гетероструктура Ag/TiO2/Ti. По результатам исследования с применением сканирующей электронной микроскопии установлено, что серебро формируется на поверхности наноструктурированной пленки диоксида титана преимущественно в виде неупорядоченных сложных древовидных структур (дендритов) со средними размерами 1 × 8 мкм, при этом наблюдается образование зерен с тенденцией к кластеризации (размеры кластеров до 3,5 мкм). Металлическая природа серебряных структур подтверждена рентгеновским дифракционным анализом. Определена фотокаталитическая активность гетероструктуры Ag/TiO2/Ti в отношении тестового загрязнителя родамина Б в водном растворе (концентрация 10 мг/л) при экспонировании ультрафиолетовым излучением (длина волны 365 нм). Показана плазмонная активность гетероструктур с нижним порогом обнаружения красителя метиленового синего при концентрации 10–6 ммоль/л, активируемая зеленым лазером (длина волны 532 нм). Полученные гетероструктуры, сочетающие фотокаталитические и плазмонные свойства, могут применяться для разработки проточных систем очистки и обеззараживания воды, а также для создания мультифункциональных подложек, необходимых для контроля разложения органических поллютантов в режиме реального времени и мониторинга фотохимических реакций на поверхности таких гетероструктур.

Биографии авторов

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

    магистрант кафедры микро- и наноэлектроники факультета радиотехники и электроники

  • Алексей Дмитриевич Сонных, Научно-практический центр НАН Беларуси по материаловедению, ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь

    младший научный сотрудник лаборатории физики магнитных 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 лаборатории физики магнитных материалов

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

    кандидат физико-математических наук; заведующий лабораторией многофункциональных материалов

  • Ольга Анатольевна Галкина, Институт материаловедения научно-производственного объединения «Физика – Солнце» Академии наук Республики Узбекистан, ул. Чингиза Айтматова, 2б, 100084, г. Ташкент, Узбекистан

    аспирантка. Научный руководитель – Ш. И. Маматкулов

  • 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» научно-исследовательской части Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории энергоэффективных материалов и технологий физического факультета Белорусского государственного университета

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

Библиографические ссылки

  1. Xing Z, Zhang J, Cui J, Yin J, Zhao T, Kuang J, et al. Recent advances in floating TiO2-based photocatalysts for environmental application. Applied Catalysis B: Environmental. 2018;225:452– 467. DOI: 10.1016/j.apcatb.2017.12.005.
  2. Bai S, Jiang J, Zhang Q, Xiong Y. Steering charge kinetics in photocatalysis: intersection of materials syntheses, characterization techniques and theoretical simulations. Chemical Society Reviews. 2015;44(10):2893–2939. DOI: 10.1039/c5cs00064e.
  3. Mulus DAS, Permana MD, Deawati Y, Rakhmawaty Eddy D. A current review of TiO2 thin films: synthesis and modification effect to the mechanism and photocatalytic activity. Applied Surface Science Advances. 2025;27:100746. DOI: 10.1016/j.apsadv.2025.100746.
  4. Li R, Tian L, Zhou Q. Impact of titanium dioxide (TiO2) modification on its application to pollution treatment – a review. Catalysts. 2020;10(7):804. DOI: 10.3390/catal10070804.
  5. Ijaz M, Zafar M. Titanium dioxide nanostructures as efficient photocatalyst: progress, challenges and perspective. International Journal of Energy Research. 2021;45(3):3569 –3689. DOI: 10.1002/er.6079.
  6. Thongpool V, Phunpeok A, Jaiyen S, Sornkwan T. Synthesis and photocatalytic activity of copper and nitrogen co-doped titanium dioxide nanoparticles. Results in Physics. 2020;16:102948. DOI: 10.1016/j.rinp.2020.102948.
  7. Borges J, Ferreira CG, Fernandes JPC, Rodrigues MS, Proença M, Apreutesei M, et al. Thin films of Ag – Au nanoparticles dispersed in TiO2: influence of composition and microstructure on the LSPR and SERS responses. Journal of Physics D: Applied Physics. 2018;51(20):205102. DOI: 10.1088/1361-6463/aabc49.
  8. Yadav Sh, Talaikis M, Ryabchikov YuV, Ziegler M, Niaura G, Deckert-Gaudig T, et al. Copper-based multiwavelength UV surface enhanced Raman spectroscopy. Advanced Optical Materials. 2025;13(18):70005. DOI: 10.1002/adom.70005.
  9. Sun N, Huang B, Lv Z, Ran N, Gan Y, Zhang J. UV-catalyzed TiO2-based optofluidic SERS chip for three online strategies: fabrication, detection, and self-cleaning. Analytical Chemistry. 2024;96(22):9104 – 9112. DOI: 10.1021/acs.analchem.4c00657.
  10. Евсейчик МА, Хорошко ЛС, Гаглоева ДИ, Хубежов СА, Баглов АВ, Макоед ИИ и др. Синтез и фотокаталитическая активность гетероструктур TiO2/Ti. Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2024;3:17–24. EDN: RJKHKS.
  11. Jovanović Ž, Stojkovska J, Obradović B, Mišković-Stanković V. Alginate hydrogel microbeads incorporated with Ag nanoparticles obtained by electrochemical method. Materials Chemistry and Physics. 2012;133(1):182–189. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2012.01.005.
  12. Sharma DK, Ott A, O’Mullane AP, Bhargava SK. The facile formation of silver dendritic structures in the absence of surfactants and their electrochemical and SERS properties. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2011;386:98 –106. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2011.07.001.
  13. Jing C, Fang Y. Simple method for electrochemical preparation of silver dendrites used as active and stable SERS substrate. Journal of Colloid and Interface Science. 2007;314(1):46 –51. DOI: 10.1016/j.jcis.2007.05.041.
  14. Yakimchuk DV, Prigodich UV, Demyanov SE, Ustarroz J, Terryn H, Baert K, et al. Growth mechanism study of silver nanostructures in a limited volume. Materials Chemistry and Physics. 2022;283:126016. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2022.126016.
  15. Percivalle NM, Carofiglio M, Hernández S, Cauda V. Ultra-fast photocatalytic degradation of rhodamine B exploiting oleate-stabilized zinc oxide nanoparticles. Discover Nano. 2024;19(1):126. DOI: 10.1186/s11671-024-04077-7.
  16. Oladoye PO, Kadhom M, Khan I, Aziz KHH, Alli YaA. Advancements in adsorption and photodegradation technologies for rhodamine B dye wastewater treatment: fundamentals, applications, and future directions. Green Chemical Engineering. 2024;5(4):440 – 460. DOI: 10.1016/j.gce.2023.12.004.
  17. Shondo J, Veziroglu S, Tjardts T, Sarwar TB, Mishra YK, Faupel F, et al. Nanoscale synergetic effects on Ag – TiO2 hybrid substrate for photoinduced enhanced Raman spectroscopy (PIERS) with ultra‐sensitivity and reusability. Small. 2022;18(50):2203861. DOI: 10.1002/smll.202203861.
  18. Horta I, Neto NFA, Kito LT, Miranda F, Thim G, Pereira ALJ, et al. Ultra-trace monitoring of methylene blue degradation via AgNW-based SERS: toward sustainable advanced oxidation water treatment. Sustainability. 2025;17:4448. DOI: 10.3390/su17104448.
  19. Karagoz S, Kiremitler NB, Sakir M, Salem S, Onses MS, Sahmetlioglu E, et al. Synthesis of Ag and TiO2 modified polycaprolactone electrospun nanofibers (PCL/TiO2 – Ag NFs) as a multifunctional material for SERS, photocatalysis and antibacterial applications. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2020;188:109856. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2019.109856.
  20. Zhai H, Zhu C, Wang X, Yuan Y, Tang H. Arrays of Ag-nanoparticles decorated TiO2 nanotubes as reusable three-dimensional surface-enhanced Raman scattering substrates for molecule detection. Frontiers in Chemistry. 2022;10:992236. DOI: 10.3389/fchem.2022.992236.
  21. Cheng H, Luo K, Wen X, Yang J, Li J. AgTNP@TiO2@Ag core-satellite composites for sensitive sensing and in situ monitoring photodegradation of organic dyes by portable Raman spectrometer. Spectrochimica Acta. Part A, Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2024;306:123562. DOI: 10.1016/j.saa.2023.123562.
  22. Yussuf NAM, Li J, Jung YJ, Huang H. Design of high SERS sensitive substrates based on branched Ti nanorods. Scientific Reports. 2022;12(1):11631. DOI: 10.1038/s41598-022-15875-3.
  23. Ziad R, Columbus S, Elgamouz A, Daoudi K, Kawde A-N, Ramachandran K, et al. Multi-functional silver nanoprism-titanium dioxide hybrid nanoarrays for trace-level SERS sensing and photocatalytic removal of hazardous organic pollutants. Spectrochimica Acta. Part A, Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2023;297:122701. DOI: 10.1016/j.saa.2023.122701.
  24. Kadir M, Nemkayeva R, Baigarinova G, Alpysbayeva B, Assembayeva A, Smirnov V. SERS-active substrates based on Ag‑coated TiO2 nanotubes and nanograss. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 2023;145:115499. DOI: 10.1016/j.physe.2022.115499.
  25. Li L, Song L, Zhu L, Yan Z, Cao X. Black TiO2 − x with stable surface oxygen vacancies as the support of efficient gold catalysts for water-gas shift reaction. Catalysis Science & Technology. 2018;8:1277–1287. DOI: 10.1039/C7CY02429K.
  26. Лучинский ГП. Химия титана. Москва: Химия; 1971. 471 с.

Загрузки

Дополнительные файлы

Опубликован

2026-04-10

Выпуск

№ 1 (2026): Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Раздел

Физика конденсированного состояния

Лицензия

Copyright (c) 2026 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).

Как цитировать

(1)
Максимов, С. Е.; Сонных, А. Д.; Якимчук, Д. В.; Маматкулов, Ш. И.; Галкина, О. А.; Баглов, А. В.; Хорошко, Л. С. Синтез и свойства ге­те­ро­струк­тур Ag TiO2 Ti. Журнал Белорусского государственного университета. Физика 2026, вып. 1, 64-71. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2026-1-%p.
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC