Фотокаталитическая активность наноразмерных частиц диоксида титана легированного некоторыми f- и d-элементами.

ВВЕДЕНИЕ 7
Глава 1. Литературный обзор 9
1.1 Диоксид титана 9
1.2 Свойства TiO2 11
1.2.1 Структурные свойства 11
1.2.2 Физические свойства 12
1.2.3 Химические свойства 13
1.2.4 Оптические, электрические и полупроводниковые свойства 13
1.2.5 Электрофизические свойства 15
1.2.6 Фотокаталитические свойства 16
1.3 Методы синтеза диоксида титана 19
1.3.1 Промышленные методы 19
1.3.2 Золь-гель метод 20
1.3.3 Гидротермальный метод 25
1.3.4 Метод химического окисления титана 25
1.3.5 Химическое осаждение из газовой фазы 26
1.4 Практическое применение диоксида титана. 27
1.4.1 Очистка воды и воздуха от органических соединений 31
1.4.2 Строительные материалы 34
1.4.3 Очистка воды от неорганических соединений 35
1.4.4 Фотолиз воды 35
1.4.5 Медицина и дезинфекция 35
1.4.6 Восстановление диоксида углерода 36
1.5 Процесс фотокатализа 37
1.5.1 Механизм фотокаталитических процессов 37
1.5.2 Фотостимулированные процессы в полупроводниках 38
1.5.3 Фотостимулированные реакции на поверхности полупроводников 38
1.5.4 Фотокаталитически активные полупроводники 41
1.5.5 Область применеия фотокатализа 43
1.6 Способы получения наноструктурированного диоксида титана 43
1.6.1 Метод гидролиза в обратных мицеллах 46
1.6.2 Гидротермальный метод 46
1.6.3 Сольвотермический синтез 48
1.6.4 Золь-гель метод 48
1.6.5 Химическое осаждение из газовой фазы 50
1.6.6 Сонохимический метод 51
1.6.7 Микроволновой синтез 52
1.6.8 Метод химического окисления титана 52
1.6.9 Метод электрохимического окисления титана 53
1.6.10 Синтез легированного диоксида титана 53
1.7 Общие принципы повышения ФКА диоксида титана 54
1.7.1 Изменение размера частиц 56
1.7.2 Легирование 59
1.7.2.1 Легирование анионами 59
1.7.2.2 Легирование катионами 64
1.7.2.3 Легирование диоксида титана редкоземельными металлами 67
1.7.2.4 Модификация поверхности 69
1.7.2.5 Нанесение наночастиц металлов 70
1.7.2.6 Нанесение наночастиц полупроводников 72
1.7.3 Создание гетероструктур типа диоксид титана/металлооксид 73
1.7.4 Получение диоксида титана с высокой площадью поверхности 74
1.8 Практическое применение фотокаталитически активных материалов в различных областях 77
1.8.1 Обеззараживание помещений, устранение запахов 78
1.8.2 Техника и мебель для медицинских и ветеринарных учреждений 78
1.8.3 Фильтры для объектов животноводства и птицеводства 79
1.8.4 Рециркуляторы для овощехранилищ 79
1.8.5 Промышленные фильтры вытяжной и приточной вентиляции 80
1.8.6 Модернизация систем УФ обеззараживания воды 80
1.8.7 Фотокатализатор TiO2 для холодильников 81
Выводы из литературного обзора и постановка задачи эксперимента 81
Глава 2: Экспериментальная часть 83
2.1 Объекты и методы исследования 83
2.2 Методика эксперимента 93
2.2.1 Синтез диоксида титана 93
2.2.2 Модификация диоксида титана d – элементами 95
2.2.3 Модификация диоксида титана f – элементами 95
Глава 3: Обсуждение результатов 97
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 110
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 111

Весь текст будет доступен после покупки

TiO2 - двуокись титана (двуокись титана) - одно из наиболее распространенных соединений титана (основной продукт титановой промышленности). Промышленное производство TiO2 началось в первой половине 20 века. С тех пор это соединение используется в качестве пигмента (производство лакокрасочных материалов, титановых белил), пластмасс, ламинированной бумаги, а также в косметической промышленности (в препаратах для загара, красках, мазях, пастах и др.). После исследований в 1972 году открылись перспективы использования этого соединения в различных областях, которые условно можно разделить на экологические и энергетические.
В последние годы синтез катализаторов на основе наносоединений стал перспективным направлением изучения каталитических технологий. Наиболее эффективными электрокатализаторами для катода и анода низкотемпературных топливных элементов являются каталитические системы на основе высокодисперсной платины или ее сплавов. Электропроводящие носители с большой площадью поверхности используются для стабилизации нанокластеров катализатора. Чаще всего используются материалы на основе аморфного или наноструктурированного углерода (сажа, нановолокна, нанотрубки).

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Литературный обзор

В литературном обзоре подробно описан процесс фотокатализа, а также области его применения. Рассмотрен принцип работы диоксида титана как фотокатализатора.
Особое внимание уделено строению диоксида титана. Приведены оптические, электрофизические и фотокаталитические свойства.
Представлены способы получения наноструктурированного материала и пути улучшения его фотокаталитической активности.

1.1 Диоксид титана

Титан — один из самых распространенных металлов в земной коре, по частоте встречаемости занимает девятое место среди всех химических элементов. Он был обнаружен в 1791 году в Англии при изучении ильменита. Название «титан» новому элементу дали два года спустя, когда немецкий химик Генрих Клапрот обнаружил его в рутиловой руде. Впоследствии было установлено, что титан в чистом виде в природе не встречается: весь его объем сосредоточен в таких минералах, как рутил, ильменит, лейкоксен, анатаз, брукит, перовскит и др. руды. Вне Земли титан встречается повсеместно — в составе звезд, планет, их спутников и метеороидов.
Основным источником титана и наиболее устойчивой его формой является рутил, названный в 1803 г. в честь его цвета (лат. rutilus — красный). Рутил — одна из трех форм диоксида титана (TiO2), обычно встречающихся в природе, две другие — анатаз и брукит. Анатаз был открыт в 1801 году французским минералогом.
Рене Жюст-Гауи и получил свое название от греческого слова анатазис — растяжение (вертикальная ось кристалла анатаза длиннее по сравнению с рутилом). Брукит был открыт в 1825 году и назван в честь английского кристаллографа Генри Брука.[1]
Элементарная ячейка кристалла TiO2 всех трех модификаций состоит из атома титана (Ti4+), окруженного шестью атомами кислорода (O2) в слегка деформированной конфигурации октаэдра TiO6. Кристаллические решетки рутила, анатаза и брукита различаются степенью этого искажения и взаимным расположением элементарных ячеек (рис. 1.1). Решетка анатаза состоит из соединенных вершинами октаэдров TiO6, что отражается в его тетрагональной структуре. В рутиле октаэдры соединены ребрами, что также приводит к тетрагональной структуре кристаллической решетки. Орторомбическая структура брукита обусловлена связыванием TiO6 на краях и вершинах октаэдров.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук Научный руководитель: доктор физико-математических наук, доктор химических наук, профессор Ховив А.М. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ДИОКСИДА ТИТАНА МОДИФИЦИРОВАННОГО НИОБИЕМ, ИНДИЕМ И ОЛОВОМ
2. Gr?atzel M., O’Regan B A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films // Nature. 1991. — Oct. Vol. 353. P. 737.
3. Landmann, M., Rauls, E., Schmidt, W. G. The electronic structure and optical response of rutile, anatase and brookite TiO2 // Journal of Physics: Condensed Matter. 2012. V.24. №19. Р. 1-6.
4. Flavell W. R., Mallick A. K. et al., Thomas A. G. Comparison of the electronic structure of anatase and rutile TiO2 single-crystal surfaces using resonant photoemission and x-ray absorption spectroscopy // Phys. Rev. B. 2007. — Jan. Vol. 75. P. 035105
5. Surface and bulk properties of TiO2 in relation to sensor applications / Gopel W.// Solid State Ionics. – 1988. – T. 28. – C. 1423–1430.
6. Electronic structure of anatase TiO2 oxide / R. Sanjines, H. Tang, H. Berger, F. Gozzo, G. Margaritondo, F.J. Levy. // Journal of Applied Physics. 1994. V.75. №6. P. 51-55.
7. Thompson T.L., Yates J.T. Surface Science Studies of the Photoactivation of TiO2-New Photochemical Processes // Chemical Reviews. 2006. V.106. №10. P. 4428-4453.

Весь текст будет доступен после покупки