Preview

Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии

Расширенный поиск

Характеризация и фотокаталитические свойства синтезированных при низких температурах наночастиц диоксида титана

https://doi.org/10.21869/2223-1528-2021-11-4-108-122

Аннотация

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.

Об авторах

И. В. Егельский
Юго-Западный государственный университет
Россия

Егельский Илья Викторович, аспирант  кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040



М. А. Пугачевский
Юго-Западный государственный университет
Россия

Пугачевский Максим Александрович,  доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040



В. А. Мамонтов
Юго-Западный государственный университет
Россия

Мамонтов Владимир Александрович,  магистрант кафедры нанотехнологий, общей  и прикладной физики

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040



Ю. А. Миргород
Юго-Западный государственный университет
Россия

Миргород Юрий Александрович, доктор  химических наук, ведущий научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040



Список литературы

1. Mesoporous films prepared from synthesized TiO2 nanoparticles and their application in dye-sensitized solar cells (DSSCs) / N. Tasić, U. Lačnjevac, G. Brankovic [et al.] // Electrochimica Acta. 2016. Vol. 210. P. 606–614.

2. Pugachevskii M. A. Ultraviolet absorption spectrum of laser ablated titanium di- oxide nanoparticles // Technical Physics Letters. 2013. Vol. 39(1). P. 36–38.

3. Titanium dioxide nanoparticles: prospects and applications in medicine / D. Ziental, B. Czarczynska-Goslinska, D. T. Mlynarczyk [et al.] // Nanomaterials (Basel). 2020. Vol. 10(2). Р. 387. http://doi.org/10.3390/nano10020387.

4. Zhou Conghua. Titanium dioxide sols synthesized by hydrothermal methods using tetrabutyl titanate as starting material and the application in dye sensitized solar cells // Electrochimica Acta. 2011. Vol. 56. P. 4308–4314. http://doi.org/10.1016/j.electacta.2011.01.054.

5. Studies on the titanium dioxide nanoparticles: biosynthesis, applications and remediation / Waghmode Meghmala, Gunjal Aparna, Mulla Javed, Patil Neha, Nawani Neelu // SN Applied Sciences. 2019. Vol. 1(4). P. 1–9. http://doi.org/10.1007/s42452-019-0337-3.

6. Yan Xiaodong, Chen Xiaobo. Titanium dioxide nanomaterials // Encyclopedia of Inorganic and Bioinorganic. Jonh Wiley & Sons, 2015. P. 1–37. http://doi.org/10.1002/ 9781119951438.eibc2335.

7. Synthetic methods for titanium dioxide nanoparticles: a review / Pardon Nyamukamba, Omobola Okoh, Henry Mungondori, Raymond Taziwa and Simcelile Zinya // Titanium Dioxide - Material for a Sustainable Environment. Intech, 2018. http://doi.org/10.5772/intechopen.75425.

8. Карпович Н. А. Синтез наночастиц TiO2 разной морфологии // Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование: материалы XV региональной научной конференции. Благовещенск: Амур. гос. ун-т, 2017. С. 44–46.

9. Nam Chau Thanh, Wein-Duo Yang and Le Minh Duc. Solvothermal synthesis of TiO2 photocatalysts in ketone solvents with low boiling points // Journal of Nanomaterials. 2013. Vol. 36. P. 1–11. http://doi.org/10.1155/2013/627385.

10. Sana Sungur. Titanium DIOXIDE NANOPARTICLES // Handbook of Nanomaterials and Nanocomposites for Energy and Environmental Applications. Springer, Cham., 2020. P. 1–18. http://doi.org/10.1007/978-3-030-36268-3_9.

11. Experimental studies of TiO2 nanoparticles synthesized by sol-gel and solvothermal routes for DSSCs application / S. Dubey Raghvendra, Krishnamurthy Katta Venkata, Singh Shyam // Results in Physics. 2019. Vol. 14. Р. 102390. http://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.102390.

12. Dubey R. S. Temperature dependent phase transformation of TiO2 nanoparticles synthesized by sol-gel method // Mater Lett. 2018. Vol. 215. Р. 312–317.

13. Electronic and optical properties of anatase TiO2 / R. Asahi, Y. Taga, W. Mannstadt, A. J. Freeman // Physical review B. 2000. Vol. 61. P. 7459.

14. Shang Di Mo, Ching W. Y. Electrical and optical properties of three phases of titanium dioxide: rutile, anatase, and brookite // Physical review B. 1995. Vol. 51. P. 12023.

15. Muscat J., Swamy V., Harrison N. M. First-principles calculations of the phase stability of TiO2 // Physical review B. 2002. Vol. 65. P. 224112.

16. Пугачевский М. А., Карпович Н. Ф. Применение спектроскопии характеристических потерь энергии электронов для оценки фотокаталитической активности наночастиц TiO2 в полимерной пленке // Журнал прикладной спектроскопии. 2015. Т. 82. С. 636–639.

17. The effect of titanium dioxide synthesis technique and its photocatalytic degradation of organic dye pollutants / D. Dodoo Arhin, F. Paakwan Buabend, J. Mwako Mwabora [et al.] // Heliyon. 2018 Vol. 4. http://doi.org/10.1016/j.heliyon.2018.e00681.

18. Stable electrical, morphological and optical properties of titanium dioxide nanoparticles affected by annealing temperature / S. Nadzirah, U. Hashim, M. Kashif [et al.] // Microsyst Technol. 2017. Vol. 23. P. 1743–1750.

19. Preparation of photocatalytic brookite thin films / A. Di Paola, M. Addamo, M. Bellardita, E. Cazzanelli, L. Palmisano // Thin Solid Films. 2007. Vol. 515. P. 3527–3529.

20. Schmidt H. Nanoparticles by chemical synthesis, processing to materials and innovative applications // Applied Organometallic Chemistry. 2001. Vol. 15. P. 331–343.

21. Тарасевич Б. Н. ИК-спектры основных классов органических соединений. М.: Изд. Мос. гос. ун-та, 2012. 54 с.


Рецензия

Для цитирования:


Егельский И.В., Пугачевский М.А., Мамонтов В.А., Миргород Ю.А. Характеризация и фотокаталитические свойства синтезированных при низких температурах наночастиц диоксида титана. Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2021;11(4):108-122. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2021-11-4-108-122

For citation:


Egelskii I.V., Pugachevskii M.A., Mamontov V.A., Mirgorod Yu.A. Characterization and Photocatalytic Properties of Titanium Dioxide Nanoparticles at Low Synthesis Temperatures. Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology. 2021;11(4):108-122. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1528-2021-11-4-108-122

Просмотров: 265


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2223-1528 (Print)