Hydrothermal Synthesis and Photocatalytic Prореrties of Iron-Doped Tungsten Oxide

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Substitutional solid solutions of the general formula h-W1–xFexO3, where 0.01 ≤ x ≤ 0.06, crystallizing in the hexagonal system based on h-WO3, were obtained using the hydrothermal synthesis method. It was shown that the crystal lattice of the synthesized compounds h-W1–xFexO3 is stabilized by NH4+ cations in hexagonal channels. Using quantum chemical calculations, it has been proven that doping with iron is realized by replacing cations in the tungsten sublattice, and not by intercalation into lattice channels. In this case, the dopant is not an independent participant in reactions involving h-W1–xFexO3, causing only the reorganization of the near-Fermi states of the h-WO3 matrix. It has been established that the region of solid solution homogeneity with respect to the dopant ion is determined by the pH of the working solution. The largest specific surface area, equal to 108 m2/g, has h-W0.94Fe0.06O3, synthesized at pH 2.3. Its photoactivity when applied to 1,2,4-trichlorobenzene is several times higher than that of m-W0.94Fe0.06O3.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

G. Zakharova

Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: volkov@ihim.uran.ru
Ресей, Ekaterinburg

N. Podvalnaya

Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: volkov@ihim.uran.ru
Ресей, Ekaterinburg

T. Gorbunova

Postovsky Institute of Organic Synthesis of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: volkov@ihim.uran.ru
Ресей, Ekaterinburg

M. Реrvоva

Postovsky Institute of Organic Synthesis of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: volkov@ihim.uran.ru
Ресей, Ekaterinburg

A. Enyashin

Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: volkov@ihim.uran.ru
Ресей, Ekaterinburg

Әдебиет тізімі

  1. Cole B., Marsen B., Miller E. et al. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. № 13. P. 5213. https://doi.org/10.1021/ jp077624c
  2. Huang Z.-F., Song J., Pan L. et al. // AdV. Mater. 2015. V. 27. № 36. P. 5309. https://doi.org/10.1002/adma.201501217
  3. Филиппова А.Д., Румянцев А.А., Баранчиков А.Е. и др. // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 6. С. 706.
  4. Zeng F., Wang J., Liu W. et al. // Electrochim. Acta. 2020. V. 334. P. 135641. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.135641
  5. Ueda T., Maeda T., Huang Z. // Sens. Actuators, B: Chem. 2018. V. 273. P. 826. https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.06.122
  6. Wen R., Granqvist C.G., Niklasson G.A. // Nature Mater. 2015. V. 14. № 10. P. 996. https://doi.org/10.1038/nmat4368
  7. Purushothaman K.K., Muralidharan G., Vijayakumar S. // Mater. Lett. 2021. V. 296. P. 129881. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.129881
  8. Razali N.A.M., Salleh W.N.W., Aziz F. et al. // J. Clean. Prod. 2021. V. 309. P. 127438. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127438
  9. Peleyeju M.G., Viljoen E.L. // J. Water Process Eng. 2021. V. 40. P. 101930. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2021.101930
  10. Desseignea M., Dirany N., Chevallier V., Arab M. // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 483. P. 313. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.03.269
  11. Liang Y., Yang Y., Zou C. et al. // J. Alloys Compd. 2019. V. 783. P. 848. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.384
  12. Hernandez-Uresti D.B., Sánchez-Martínez D., Martínez-de la Cruz A. et al. // Ceram. Int. 2014. V. 40. № 3. P. 4767. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.09.022
  13. Zakharova G.S., Podval’naya N.V., Gorbunova T.I. et al. // J. Alloys Compd. 2023. V. 938. P. 168620. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.168620
  14. Dutta V., Sharma S., Raizada P. et al. // J. Environ. Chem. Eng. 2021. V. 9. № 1. P. 105018. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.10501
  15. Yuju S., Xiujuan T., Dongsheng S. et al. // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2023. V. 259. P. 114988. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2023.114988
  16. Козлов Д.А., Козлова Т.О., Щербаков А.Б. и др. // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 7. С. 1088.
  17. Kozlov D.A., Kozlova T.O, Shcherbakov A.B. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 7. P. 1003. https://doi.org/10.1134/S003602362007013X
  18. Govindaraj T., Mahendran C., Marnadu R. et al. // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 3. P. 4267. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.10.004
  19. Govindaraj T., Mahendran C., Chandrasekaran J. et al. // J. Phys. Chem. Solids. 2022. V. 170. P. 110908. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2022.110908
  20. Захарова Г.С., Подвальная Н.В., Горбунова Т.И., Первова М.Г. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 4. С. 435.
  21. Shandilya P., Sambyal S., Sharma R. et al. // J. Hazard. Mater. 2022. V. 428. P. 128218. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128218
  22. Samuel O., Othman M.H.D., Kamaludin R. et al. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 5. P. 5845. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.11.158
  23. Murillo-Sierra J.C., Hernández-Ramírez A., Hinojosa-Reyes L., Guzmán-Mar J.L. // Chem. Eng. J. AdV. 2021. V. 5. P. 100070. https://doi.org/10.1016/j.ceja.2020.100070
  24. Shannow R.D. // Acta Crystallogr., Sect. A: Found. Crystallogr. 1976. V. 32. № 5. P. 751. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551
  25. Renitta А., Vijayalakshmi K. // Catal. Commun. 2016. V. 73. P. 58. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2015.10.014
  26. Sheng C., Wang C., Wang H. et al. // J. Hazard. Mater. 2017. V. 328. P. 127. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2017.01.018
  27. Shen Y., Shou J., Chen L. et al. // Appl. Catal., A: General. 2022. V. 643. P. 118739. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2022.118739
  28. Zhang Z., Had M., Wen Z. et al. // Appl. Surf. Sci. 2018. V. 434. P. 891. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.10.074
  29. Ilager D., Seo H., Shetti N.P., Kalanur S.S. // J. Environ. Chem. Eng. 2020. V. 8. № 6. P. 104580. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104580
  30. Rajalakshmi R., Sivaselvam S., Ponpandian N. // Mater. Lett. 2021. V. 304. P. 130664. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130664
  31. Ma G., Chen Z., Chen Z. et al. // Mater. Today Eng. 2017. V. 3. P. 45. http://dx.doi.org/10.1016/j.mtener.2017.02.003
  32. Laxmi V., Kumar А. // Mater. Sci. Semicond. Process. 2019. V. 104. P. 104690. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2019.104690
  33. Mehmood F., Iqbal J., Jan T., Mansoor Q. // J. Alloys Compd. 2017. V. 728. P. 1329. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.08.234
  34. Gao H., Zhu L., Peng X. et al. // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 592. P. 153310. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.153310
  35. Song H., Li Y., Lou Z. et al. // Appl. Catal. B: Environ. 2015. V. 166−167. P. 112. http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.11.020
  36. Merajin M.T., Nasiri M., Abedini E., Sharifnia S. // J. Environ. Chem. Eng. 2018. V. 6. № 5. P. 6741. https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.10.037
  37. Ordejón P., Artacho E., Soler J.M. // Phys. Rev. B. 1996. V. 53. № 16. P. R10441(R). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.53.R10441
  38. García A., Papiore N., Akhtar A. et al. // J. Chem. Phys. 2020. V. 152. № 20. P. 204108. https://doi.org/10.1063/5.0005077
  39. Patterson A.L. // Phys. Rev. Lett. 1939. V. 56. P. 978.
  40. Al-Kuhaili M.F., Drmosh Q.A. // Mater. Chem. Phys. 2022. V. 281. P. 125897. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2022.125897
  41. Wang H., Zhang L., Zhou Y. et al. // Appl. Catal. B: Environ. 2020. V. 263. P. 118331. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118331
  42. Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W. et al. // Pure Appl. Chem. 1985. V. 57. № 4. P. 603. https://doi.org/10.1351/pac198557040603
  43. Thöny A., Rossi M.J. // J. Photochem. Photobiol. A. 1997. V. 104. № 1−3. P. 25. https://doi.org/10.1016/S1010-6030(96)04575-3
  44. Фаттахова З.А., Вовкотруб Э.Г., Захарова Г.С. // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. № 1. С. 41.
  45. Fattakhova Z.A., Vovkotrub E.G., Zakharova G.S. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 1. P. 35. https://doi.org/10.1134/S0036023621010022

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Diffractograms of tungsten oxide powders doped with iron(III), composition h-W1–xFexO3, synthesized at pH 1.7(a) and x = 0.01 (1), 0.03 (2), 0.05 (3), at pH 2.3 (b) and x = 0.01 (1), 0.03 (2), 0.06 (3). Calculated diffractograms and difference curves are additionally presented for samples with the maximum content of the dopant ion. The vertical lines indicate the positions of reflexes

Жүктеу (378KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Concentration dependences of unit cell parameters a(a), c(b), V(c) for WO3 doped with iron(III) synthesized at pH 1.7 (1) and 2.3 (2)

Жүктеу (113KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. SEM images of h-W0.95Fe0.05O3 (a) and h-W0.94Fe0.06O3 (b) synthesized at pH 1.7 and 2.3. X-ray energy dispersion microanalysis spectrum for sample h-W0.94Fe0.06O3 (c). An additional peak from carbon is caused by the substrate, used to fix the sample

Жүктеу (604KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. IR (a) and Raman spectra (b) of h-WO3 (1), h-W0.95Fe0.05O3 (2) and h-W0.94Fe0.06O3 (3) synthesized at pH 1.7 and 2.3, respectively. Vaseline oil strips are marked with an asterisk

Жүктеу (231KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. TG, DSC, and MS curves for h-W0.95Fe0.05O3 (a) and h-W0.94Fe0.06O3 (b) synthesized at pH 1.7 and 2.3, respectively

Жүктеу (205KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Electronic state densities (ED) calculated by the DFT method for h-WO3 and h-W1–xFexO3 with model compositions (NH4)0.33WO3 · 0.33H2O(a) and (NH4)0.50W0.95Fe0.05O3 · 0.33H2O (b) respectively

Жүктеу (243KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Sorption isotherms (1 — adsorption, 2 — desorption) and pore size distribution curves (inserts) h-W0.95Fe0.05O3 (a) and h-W0.94Fe0.06O3 (b) obtained at pH 1.7 and 2.3, respectively

Жүктеу (225KB)
Метадеректер
9. Fig. 8. Absorption spectra in the UV and visible ranges (a), dependences (ahv)1/2 on the photon energy (E) in the region of the absorption edge (b) for h-WO3 (1), h-W0.99Fe0.01O3 (2), h-W0.97Fe0.03O3 (3) and h-W0.94Fe0.06O3 (4) synthesized at pH 2.3

Жүктеу (271KB)
Метадеректер
10. Supplementary
Жүктеу (241KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024

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».