Фотопроцессы, определяющие каталитическую активность нанокомпозитов наночастиц ?TiО?_2/PbS в видимой и ближней ИК области

Введение 4
Глава 1. Теоретическая часть 6
1.1 : Энергетическая структура и физико-химические свойства диоксид титана 6
1.2 Фотокаталитическое применение диоксида титана 10
1.3 Сенсибилизация диоксида титана к видимому свету 17
1.4 Оптические свойства и ширина запрещённой зоны PbS 28
Глава 2. Экспериментальная часть 33
2.1 Методики синтеза образцов 33
2.3 Оборудование и методики экспериментов 36
Глава 3 Результаты и обсуждение 39
3.1 Структурные свойства исследованных образцов 39
3.2. Абсорбционные и люминесцентные свойства исследованных образцов 40
3.3. Сенсибилизация АФК изученными образцами 42
3.4. Эмпирическая модель продуцирования АФК в исследуемых образцах 45
Заключение 48
Список литературы 49

Весь текст будет доступен после покупки

Важной научной технологической задачей считается разработка эффективных фотокатализаторов различных составов, которые обладают протяженным спектром фоточувствительности а также большой эффективностью продуцирования активных форм кислорода (АФК). Для фотокатализа представляют интерес наночастицы (НЧ) ?TiО?_2, который отличает безопасность для окружающей среды, высокая фотокаталитическая стабильность, за счет кислородных вакансий; легкая абсорбция на себя молекул воды и кислорода. Недостатком таких фотокатализаторов является отсутствие фоточувствительности в видимой и ближней ИК области спектра. В связи с этим актуальным направлением является разработка подходов к фотосенсибилизации наночастиц широкозонных полупроводников. Распространенные подходы к фотосенсибилизации TiO2: за счет легирования атомами неметаллов (S,N,C и др.) и ионами металлов (Fe^(3+),? Mo?^(5+ ),Os^(3+),Rh^(3+) и др.), гибридной ассоциации с молекулами органических красителей, обладающих оптическим поглощением в видимой области спектра, декорирования поверхности НЧ фотокатализаторов плазмонными наночастицами (Cu,Au,Ag,Pt) или полупроводниковыми коллоидными квантовыми точками (КТ) (Ag_2 S,CdSe и др.) [1-4]. Наибольший интерес представляет разработка методов декорирования поверхности НЧ ?TiО?_2 коллоидными КТ узкозонных полупроводников. Для PbS характерна малая ширина запрещенной зоны и большой боровский радиус экситона Ванье-Мотта (~ 18 нм) [5]. Эти свойства позволяют управлять положением пика экситонного поглощения в области 800-2400 нм [6], и, соответственно, областью спектральной сенсибилизации НЧ ?TiО?_2.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Теоретическая часть
: Энергетическая структура и физико-химические свойства диоксид титана
Титан является одним из наиболее распространенных металлов в земной коре и занимает 9-е место по частоте встречаемости среди всех химических элементов. Он был открыт в Англии в1791 году при изучении материала ильменита [32]. Название "титан" было дано новому элементу, когда через 2 года немецкий химик Генрих Клапрот обнаружил его в составе рутиловых руд [32]. Потом выяснилось, что титана в природе в чистом виде не существует: его общий объем сосредоточен в таких минералах, как рутил, ильменит, лейкоксен, анатаз, брукит и перовскит. Он также содержится в титанатах и некоторых видах железной руды. За пределами Земли титан встречают повсюду - в составе звезд, планет, их спутников, метеоритных тел. Основным источником титана и его наиболее стабильной формой является рутил, который был назван в 1803 году в честь своего цвета (лат. rutilus — красный). Рутил-это одна из трех форм диоксида титана (?TiО?_2), обычно встречающихся в природе, а остальные 2 - анатаз и брукит [33-34]. Анатаз был открыт в 1801 году французским минералогом Рене Жюстом Гауи и получил свое название от греческого anatasis —растягивание (вертикальная ось кристаллов анатаза длиннее, чем у рутила). Брукит был открыт в 1825 году и назван в честь английского кристаллографа Генри Брука. Элементарная ячейка всех трех модифицированных кристаллов Tio2 состоит из атома титана (?TiО?^(4+)), окруженного шестью атомами кислорода (O^(2–)) в слегка искаженном расположении октаэдра ?TiO?_6 [35]. Кристаллические решетки рутила, анатаза и брукита различаются степенью этой деформации и расположением основных ячеек относительно друг друга (рисунок . 1.1). Решетка анатаза состоит из октаэдра TiО6, соединенного вершинами, что проявляется в его тетрагональной структуре [32-33,36]. В рутиле октаэдр соединен ребрами, что также приводит к тетрагональной структуре кристаллической решетки [32-33,36]. Ромбическая структура брукита обусловлена соединением ?TiО?_6 как ребрами, так и вершинами октаэдра [32-33].

Весь текст будет доступен после покупки

1. In Micro and Nano Technologies, Nanotechnology and Photocatalysis for Environmental Applications. ed. M. Tahir, M. Rafique, M. Rafique. Amsterdam: Elsevier Inc. 2020. 244 p.
2. F. Huang, A. Yan, H. long Semiconductor Photocatalysis - Materials, Mechanisms and Applications http://dx.doi.org/10.5772/63234
3. Li R., Li T., Zhou Q. Impact of Titanium Dioxide (TiO2) Modification on Its Application to Pollution Treatment – A Review. Catalysts. 2020;10(7): 804. https://doi.org/10.3390/catal10070804
4. Janczarek M., Kowalska E. On the Origin of Enhanced Photocatalytic Activity of Copper-Modified Titania in the Oxidative Reaction Systems. Catalysts. 2017;7(11): 317. https://doi.org/10.3390/catal7110317
5. Kang I., Wise F.W. Electronic structure and optical properties of PbS and PbSe quantum dots. Journal of the Optical Society of America B. 1997;14, (7): 1632-1646. https://doi.org/10.1364/JOSAB.14.001632
6. Su G., Liu C., Deng Z., Zhao X., Zhou X. Size-dependent photoluminescence of PbS QDs embedded in silicate glasses. Optical materials express. 2017; 7(7): 2194-2207. https://doi.org/10.1364/OME.7.002194
7. Zhang H., Gao Y., Zhu G., Li B., Gou J., Cheng X. Synthesis of PbS/TiO2 nano-tubes photoelectrode and its enhanced visible light driven photocatalytic performance and mechanism for purification of 4-chlorobenzoic acid. Separation and Purification Technology. 2019; 227: 115697. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.115697
8. Ratanatawanate C., Tao Y., Balkus K.J.Jr. Photocatalytic Activity of PbS Quantum Dot/TiO2 Nanotube Composites. Journal of Physical Chemistry. C 2009, 113, 24, 10755–10760. https://doi.org/10.1021/jp903050h
9. Wang C., Thompson R.L., Ohodnicki P., Baltrus J., Matranga C. Size-dependent photocatalytic reduction of CO2 with PbS quantum dot sensitized TiO2 heterostructured photocatalysts. Journal of Materials Chemistry. 2011;21: 13452. https://doi.org/10.1039/C1JM12367J
10. Овчинников О.В., Cмирнов M.С., Асланов С.В., Перепелица А.С. Люминесцентные свойства коллоидных квантовых точек Ag2S для фотокаталитических приложений. Физика твердого тела. 2021;63(11): 1766-1773.
11. Овчинников О.В., Смирнов М.С., Перепелица А.С., Асланов С.В., Гуреев А.П., Попов В.Н., Цыбенко Ф. А., Хуссейн А.М.Х. Фотосенсибилизация активных форм кислорода наночастицами диоксида титана, декорированными квантовыми точками сульфида серебра Конденсированные среды и межфазные границы. 2022;24(4): 511–522. https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/10555
12. Kubelka P., Munk F. An article on optics of paint layers. Fuer Tekn. Physik. 1931; 12: 593-609
13. Nosaka Y., Nosaka A. Y. Generation and detection of reactive oxygen species in photocatalysis. Chemical Reviews. 2017;117: 11302-11336. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.7b00161
14. Mohanty J. G., Jaffe J. S., Schulman E. S., Raible D. G. A highly sensitive fluorescent micro-assay of H2O2 release from activated human leukocytes using a dihydroxyphenoxazine derivative. Journal of Immunological Methods. 1997; 202(2): 133-141. https://doi.org/10.1016/S0022-1759(96)00244-X
15. Wafi A., Szabo-Bardos E., Horvath O., Mako E., Jakab M., Zsirka B. Coumarin-based quantification of hydroxyl radicals and other reactive species generated on excited nitrogen-doped TiO2. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2021; 404: 112913. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2020.112913
16. Herman J., Neal S. L. Efficiency comparison of the imidazole plus RNO method for singlet oxygen detection in biorelevant solvents. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2019; 411(20): 5287-5296. doi: 10.1007/s00216-019-01910-2
17. Sadovnikov S.I., Kozhevnikova N.S., Pushin V.G., Rempel A.A. Microstructure of nanocrystalline PbS powders and films. Inorganic Materials. 2012;48: 21–27. https://doi.org/10.1134/S002016851201013X
18. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. – М. : Физматлит, 2005. – 416 с.
19. Садовников С.И., Ремпель А.А. Нестехиометрическое распределение атомов серы в структуре сульфида свинца. Доклады академии наук. 2009;428(1): 48–52.

Весь текст будет доступен после покупки