Structure, Adsorptive and Photocatalytic Properties of Porous ZnO Nanopowders Modified by Oxide Compounds of Manganese

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Porous nanocomposites based on oxide compounds of zinc and manganese are synthesized and their structure, morphology, spectral and photocatalytic properties are studied. It is shown that the resulting porous oxide composites have photocatalytic properties and consist of ZnO, Mn3O4 and ZnMn2O4 nanocrystals with a size of 20–40 nm. The introduction of Mn2+ ions into the crystal lattice of ZnO causes a increase in the size of the unit cell of crystals. The band gap of the composites is 3.26 eV. The kinetics of photocatalytic decomposition in a Chicago Blue Sky dye solution is described by a pseudo-first order equation. In the presence of porous nanocomposites, the processes of oxidation of organic compounds proceed both on the surface of photocatalysts and in solution. The synthesized nanocomposites are promising for use in photocatalytic systems for water purification from organic contaminants.

Full Text

Restricted Access

About the authors

M. A. Gavrilova

Saint Petersburg State Institute of Technology (Technical University)

Author for correspondence.
Email: amonrud@yandex.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

D. A. Gavrilova

Saint Petersburg State Institute of Technology (Technical University)

Email: amonrud@yandex.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

S. K. Evstropiev

Saint Petersburg State Institute of Technology (Technical University); ITMO University; Vavilov State Optical Institute

Email: amonrud@yandex.ru
Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg; Saint Petersburg

N. V. Nikonorov

ITMO University

Email: amonrud@yandex.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Byrne C., Subramanian G., Pillai S.C. // J. Environ. Chem. Eng. 2018. V. 6. P. 3531. https://dx.doi.org/10.1016/j.jece.2017.07.080
  2. Ge J., Zhang Y., Heo Y.-J. et al. // Catalysts. 2019. V. 9. P. 122. https://doi.org/10.3390/catal9020122
  3. Haleem A., Shafiq A., Chen S.-Q. et al. // Molecules. 2023. V. 28. P. 1081. https://doi.org/10.3390/molecules28031081
  4. Li Y., Zhang W., Niu J. et al. // ACS Nano. 2012. V. 6. P. 5164. https://doi.org/10.1021/nn300934k
  5. Turchi C.S., Ollis D.F. // J. Catal. 1990. V. 122. P. 178.
  6. Hayyan M., Hashim M.A., Al Nashef I.M. // Chem. Rev. 2016. V. 116. P. 3029.
  7. Belousov A.S., Suleimanov E.V., Parkhacheva A.A. et al. // Solid State Sci. 2022. V. 132. P. 106997. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2022.106997
  8. Khomutinnikova L., Evstropiev S., Meshkovskii I. et al. // Ceramics. 2023. V. 6. P. 886. https://doi.org/10.3390/ceramics6020051
  9. Gavrilova M., Gavrilova D., Evstropiev S. et al. // Ceramics. 2023. V. 6. P. 1667. https://doi.org/10.3390/ceramics6030103
  10. Lin Y.-H., Weng C.-H., Tseng J.-H. et al. // Int. J. Photoenergy. 2016. V. 2016. P. 3058429. https://doi.org/10.1155/2016/3058429
  11. Саратовский А.С., Булыга Д.В., Евстропьев С.К. и др. // Физика и химия стекла. 2022. Т. 48. № 1. С. 16.
  12. Wang T., Tian B., Han B. et al. // Energy & Environ. Mater. 2022. V. 5. P. 711. https://doi.org/10.1002/eem2.12229
  13. Sun Y., Chen L., Bao Y. et al. // Catalysts. 2016. V. 6. P. 188. https://doi.org/10.3390/catal6120188
  14. Shelemanov A.A., Evstropiev S.K., Karavaeva A.V. et al. // Mater. Chem. Phys. 2022. V. 276. P. 125204. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125204
  15. Pall B., Sharon M. // Mater. Chem. Phys. 2002. V. 76. P. 82. https://doi.org/10.1016/S0254-0584(01)00514-4
  16. Ferreira S.H., Morais M., Nunes D. et al. // Materials. 2021. V. 14. № 9. P. 2385. https://doi.org/10.3890/ma14092385
  17. Liu D., Lv Y., Zhang M. et al. // J. Mater. Chem. A. 2014. V. 2. P. 15377.
  18. Deng H., Fei X., Yang Y. et al. // Chem. Eng. J. 2021. V. 409. P. 127377. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127377
  19. Alhaddad M., Mohamed R.M. // Appl. Nanosci. 2020. V. 10. P. 2269. https://doi.org/10.1007/s13204-020-01359-1
  20. Титов В.В., Лисаченко А.А., Акопян И.Х. и др. // Физика тв. тела. 2019. Т. 61. № 11. С. 2158.
  21. Das A., Malakar P., Nair R.G. // Mater. Lett. 2018. V. 219. P. 76.
  22. Evstropiev S.K., Lesnykh L.V., Karavaeva A.V. et al. // Chem. Eng. Process. 2019. V. 142. P. 107587.
  23. Ullah R., Dutta J. // J. Hazard. Mater. 2008. V. 156. P. 194. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.12.033
  24. Бакина О.В., Чжоу В.Р., Иванова Л.Ю. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 3. С. 401. https://doi.org/10.31857/S0044457X22601249
  25. Morkoş H., Ozgür Ü. Zinc oxide: Fundamentals, Materials and Device Technology. Weinheim: Wiley-VCH, 2009. ISBN: 978-3-527-40813-9
  26. Zhu L., Hong M., Ho G.W. // Sci. Rep. 2015. V. 5. P. 11609. https://doi.org/10.1038/srep11609
  27. Qiu M., Chen Z., Yang Z. et al. // Catal. Sci. Technol. 2018. V. 8. № 10. P. 2557. https://doi.org/10.1039/C8CY00436F
  28. Железнов В.В., Ткаченко И.А., Зиатдинов А.М. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 1. С. 105. https://doi.org/10.31857/S0044457X22100518
  29. Волкова Н.А., Евстропьев С.К., Никоноров Н.В. и др. // Опт. и спектр. 2019. Т. 127. Вып. 4. С. 687.
  30. Naseri M., Dehzangi A., Kamari H.M. et al. // Metals. 2016. V. 6. № 8. P. 181.
  31. Koczkur K.M., Mourdikoudis S., Polavarapu L. // Dalton Trans. 2015. V. 44. № 41. P. 17883.
  32. Evstropiev S.K., Karavaeva A.V., Dukelskii K.V. // Ceram. Int. 2018. V. 44. P. 9091. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.02.116
  33. Deraz N.M. // Acta Phys. Pol. 2019. V. 136. № 1. P. 1460.
  34. Sambandam B., Michael R.J.V., Manoharan P.T. // Nanoscale. 2015. V. 7. P. 13935. https://doi.org/10.1039/CSNR02666K
  35. Sebayang K., Aryanto D., Simbolon S. // IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng. 2018. V. 309. P. 012119. https://doi.org/10.1088/1757-899X/309/1/012119
  36. Tauc J., Grigorovici R., Vancu A. // Phys. Status Solidi. 1966. V. 15. P. 627.
  37. Агафонов А.В., Редозубов А.А., Козик В.В. и др. // Журн. неорган. химии. 2015. Т. 60. № 8. С. 1001.
  38. El Mouchtari E.M., Bahsis L., El Mersly L. et al. // Int. J. Environ. Res. 2021. V. 15. P. 135. https://doi.org/10.1007/s41742-020-00300-2

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. X-ray radiographs of Zn (a) [9], ZnMn9 (b), ZnMn17 (c) and ZnMn50 (d) powders.

Download (280KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Electron microscopic images of synthesized powders of ZnMn9 (a, d), ZnMn17 (b, e) and ZnMn50 (c, f).

Download (290KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Diffuse reflectance spectra (a, b, c) and the dependences calculated from them (FKM h)2 = f(h) for Zn (a, d), ZnMn9 (b, e) and ZnMn17 (c, f) samples.

Download (177KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Effect of blue light irradiation on the absorption spectra of Chicago Sky Blue dye solutions without photocatalyst addition (a), with ZnMn9 composite addition (b).

Download (177KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. a) Kinetic dependences of dye photodegradation in solution without photocatalyst additives (1), as well as in solutions containing ZnMn9 (2), ZnMn17 (3) and ZnMn50 (4) composites; b) Kinetic dependences of dye adsorption on the surface of ZnMn9 (1); ZnMn17 (2); ZnMn50 (3) composites.

Download (145KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».