Егельский Илья Викторович, аспирант кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики
ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040
Ilia V. Egelskii, Post-Graduate Student of the Department of the of Nanotechnology, Microelectronics and Engineering Physics
50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040
Пугачевский Максим Александрович, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий
ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040
Maksim A. Pugachevskii, Dr. of Sci. (Physics and Mathematics), Leading Researcher of the Regional Center of Nanotechnology
50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040
Мамонтов Владимир Александрович, магистрант кафедры нанотехнологий, общей и прикладной физики
ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040
Vladimir A. Mamontov, Undergraduate of the Department of the of Nanotechnology and Engineering Physics
50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040
Миргород Юрий Александрович, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий
ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040
Yuriy A. Mirgorod, Dr. of Sci. (Chemistry), Leading Researcher of the Regional Center of Nanotechnology
50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040
Цель исследования. Определение размерных характеристик, элементного, фазового и химического состава наночастиц диоксида титана, синтезированных гидротермальным методом, при использовании низких температур до 100°С, а также исследование их фотокаталитической активности.
Методы. Характеризация синтезированных наночастиц диоксида титана с помощью сканирующей электронной микроскопии с приставкой энергодисперсионного анализа, структурного химического анализа с применением инфракрасной Фурье-спектроскопии с целью выявления органических примесей и определения эффективных способов декарбонизации путем сравнения результатов анализа образцов после промывания различными полярными и неполярными растворителями и отжига; изучение фотокаталитической активности синтезированных наночастиц на примере фотодеградации раствора метиленового синего.
Результаты. Гидротермальным методом синтеза при использовании низких температур с последующим промыванием полярными и неполярными растворителями и последующим термическим отжигом были получены частицы диоксида титана в виде нанопорошка. Согласно спектральному анализу и данным сканирующей электронной микроскопии после промывания растворителями и декарбонизации (путем отжига) достигается снижение примесей углеродистых соединений в веществе с 68% до 4%. Обнаружено, что синтезированные частицы обладают средним размером 24 нм. Доказана высокая фотокаталитическая активность синтезированных наночастиц в реакции деградации красителя метиленового синего при ультрафиолетовом облучении.
Заключение. В результате комплексного анализа наноинструментальными методами была проведена характеризация наночастиц диоксида титана, полученных гидротермальным методом при низких температурных режимах до 100°С. Доказана эффективность комбинированного промывания полярными и неполярными растворителями от органических остатков, а также термического отжига. Наночастицы проявляют высокую фотокаталитическую активность в процессах фотодеградации метиленового синего при ультрафиолетовом облучении. Возрастание скорости реакции фотокатализа достигается увеличением концентрации частиц в растворе и уменьшением их размера.
Purpose of the study. Determination of the dimensional characteristics, elemental, phase and chemical composition of titanium dioxide nanoparticles synthesized by the hydrothermal method using low temperatures up to 100 ° C, as well as the study of their photocatalytic activity.
Methods. Сharacterization of titanium dioxide nanoparticles synthesized at low-temperature conditions using scanning electron microscopy with an energy dispersive analysis attachment, structural chemical analysis using infrared Fourier spectroscopy to identify organic impurities, and determine efficient decarbonization methods by comparing the analysis results of samples after washing with different polar and non-polar solvents; a study of the photocatalytic activity of synthesized powders of titanium dioxide nanoparticles using the example of photodegradation of methylene blue solution depending on the concentration and the size characteristics of the particles.
Results. Titanium dioxide particles in the form of nanopowder were obtained by the hydrothermal synthesis method using low temperatures followed by washing with polar and non-polar solvents and subsequent thermal annealing. According to spectral analysis and scanning electron microscopy data, after washing with solvents and the decarbonization methods used, a decrease in impurities of carbon compounds in the substance from 68% to 4% is achieved. The synthesized particles had spherical and ellipsoidal shapes with an average size of 24 nm. The high photocatalytic activity of the synthesized nanoparticles was proved by the example of methylene blue degradation under ultraviolet radiation.
Conclusion. As a result of complex analysis by nanoinstrumental methods, titanium dioxide nanoparticles obtained by the hydrothermal method at low-temperature conditions up to 100 °C were characterized. The particles have an average size of 24 nm and a rounded shape. The efficiency of combined washing from organic impurities with polar and non-polar solvents and thermal annealing of the synthesized samples for decarbonization has been proven. Upon annealing, the anatase structure of the crystal lattice was preserved. Nanoparticles exhibit high photocatalytic activity in the photodegradation of methylene blue under ultraviolet irradiation. Acceleration of the reaction rate of photocatalysis contributes to the achievement of concentration in the solution and a decrease in their size.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.