Фотокатализаторы видимого диапазона на основе допированного азотом и углеродом нанокристаллического диоксида титана

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Получены функционирующие в видимой области спектра фотокатализаторы на основе нанокристаллического диоксида титана, допированного азотом и углеродом, в форме микросфер. Изучены их структурные, оптоэлектронные и фотокаталитические свойства. Методом электронного парамагнитного резонанса идентифицированы спиновые центры (дефекты) и определена их концентрация во всех исследуемых образцах. В микросферах, допированных азотом, обнаружены атомы азота с неспаренным электроном и центры Ti3+/кислородная вакансия. В микросферах с примесью углерода зарегистрированы оборванные связи углерода. Фотокатализаторы, допированные одновременно азотом и углеродом, характеризуются как азотными, так и углеродными спиновыми центрами. Обнаружено, что в процессе освещения концентрация парамагнитных дефектов увеличивается, что объясняется их перезарядкой. Установлена корреляция между концентрацией спиновых центров и скоростью фотокатализа в полученных структурах. Показано, что образцы, допированные двумя примесями, характеризуются высокой скоростью фотокатализа и пролонгированным катализом в течение 30 мин после выключения освещения, а также стабильными фотокаталитическими свойствами в течение нескольких лет, что определяет новизну выполненных исследований и высокую перспективность для применения в экологии и биомедицине.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. В. Кытина

МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: zaytsevvb@my.msu.ru

Физический факультет

Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1

В. Б. Зайцев

МГУ им. М.В. Ломоносова; Университет Шэньчжэнь МГУ-БИТ

Автор, ответственный за переписку.
Email: zaytsevvb@my.msu.ru

Физический факультет

Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1; Китай, 518172, Шэньчжэнь

Е. А. Константинова

МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: liza35@mail.ru

Физический факультет

Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1

В. А. Кульбачинский

МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: zaytsevvb@my.msu.ru

Физический факультет

Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1

Список литературы

  1. Khan A.U., Tahir K., Shah M.Z.U. et al. // Nanomaterials. 2024. V. 14. № 13. P. 1136. https://doi.org/10.3390/nano14131136
  2. Hwang I., Schmuki P., Mazare A. // Physica Status Solidi A. 2024. V. 221. № 16. P. 2400335. https://doi.org/10.1002/pssa.202400335
  3. Dongmei He, Du L., Wang K. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 13. P. 1986. https://doi.org/10.1134/S0036023621130040
  4. Mokrushin A.S., Gorban Yu.M., Nagornov I.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. № 12. P. 2099. https://doi.org/10.1134/S0036023622601520
  5. Zheleznov V.V., Tkachenko I.A., Ziatdinov A.M. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2023. V. 68. № 1. P. 95. https://doi.org/10.1134/S0036023622602045
  6. Wang N., Ma W., Jin Y. // Mater. Res. Express. 2024. V. 11. № 7. P. 075506. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ad5fe1
  7. Wang Q., Yuan Y., Li C. et al. // Renew Energy. 2024. V. 231. P. 120997. https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.120997
  8. Chang Y.-C., Lai P.-R., Yang J.H.C. et al. // J Alloys Compd. 2024. V. 1002. P. 175443. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.175443
  9. Hu L., Huo K., Chen R. et al. // Anal. Chem. 2011. V. 83. № 21. P. 8138. https://doi.org/10.1021/ac201639m
  10. Jaafar H., Ahmad Z.A., Ain M.F. // Optik. 2017. V. 144. P. 91. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2017.06.097
  11. Wang X., Liu X., Liu L. et al. // Appl. Catal., B: Environment and Energy. 2024. V. 358. P. 124338. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124338
  12. Schneider J., Matsuoka M., Takeuchi M. et al. // Chem. Rev. 2014. V. 114. № 19. P. 9919. https://doi.org/10.1021/cr5001892
  13. Rangel-Contreras V., Reyes-Vallejo O., Subramaniam V. // J. Mater. Sci. — Mater. Electron. 2024. V. 35. № 19. P. 1301. https://doi.org/10.1007/s10854-024-12986-7
  14. Wei Y., Huang Y., Fang Y. et al. // Mater. Res. Bull. 2019. V. 119. P. 110571. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2019.110571
  15. Liu Z., Zhang X., Nishimoto S. et al. // Environ. Sci. Technol. 2008. V. 42. № 22. P. 8547. https://doi.org/10.1021/es8016842
  16. Haghighi P., Haghighat F. // Build. Environ. 2024. V. 249. P. 111108. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2023.111108
  17. Kerstner Baldin E., Marasca Antonini L., De León M.A. et al. // Bull. Mater. Sci. 2024. V. 47. № 3. P. 133. https://doi.org/10.1007/s12034-024-03238-9
  18. Motola M., Čaplovičová M., Krbal M. et al. // Electrochim. Acta. 2020. V. 331. P. 135374. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135374
  19. Low J., Yu J., Jaroniec M. et al. // Adv. Mater. 2017. V. 29. № 20. https://doi.org/10.1002/adma.201601694
  20. Konstantinova E.A., Minnekhanov A.A., Kytina E.V. et al. // JETP Lett. 2020. V. 112. № 8. P. 527. https://doi.org/10.1134/S0021364020200060
  21. Tang T., Yin Z., Chen J. et al. // Chem. Eng. J. 2021. V. 417. P. 128058. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.128058
  22. Zubair M., Kim H., Razzaq A. et al. // J. CO2 Utilization. 2018. V. 26. P. 70. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2018.04.004
  23. Piedra-López J., Calzada L.A., Guerra-Blanco P. et al. // Catal. Today. 2024. V. 432. P. 114610. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2024.114610
  24. Shabalina A., Golubovskaya A., Fakhrutdinova E. et al. // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 22. P. 4101. https://doi.org/10.3390/nano12224101
  25. Stoll S., Schweiger A. // J. Magn. Reson. 2006. V. 178. № 1. P. 42. https://doi.org/10.1016/j.jmr.2005.08.013
  26. Byung-Hyun K., Mina P., Gyubong K. et al. // J. Phys. Chem. C. 2018. V. 122. № 27. P. 15297. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b02239
  27. Kytina E.V., Savchuk T.P., Gavrilin I.M. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2023. V. 68. № 3. P. 357. https://doi.org/10.1134/S003602362260229X
  28. Morimoto A., Miura T., Kumeda M. et al. // J. Appl. Phys. 1982. V. 53. № 11. P. 7299. https://doi.org/10.1063/1.329879
  29. Livraghi S., Chierotti M.R., Giamello E. et al. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. № 44. P. 17244. https://doi.org/10.1021/jp803806s
  30. Li Y., Peng Y.-K., Hu L. et al. // Nat. Commun. 2019. V. 10. № 1. P. 4421. https://doi.org/10.1038/s41467-019-12385-1
  31. Konstantinova E.A., Minnekhanov A.A., Kokorin A.I. et al. // J. Phys. Chem. C. 2018. V. 122. № 18. P. 10248. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b01621

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Микрофотографии микросфер N-C-TiO2. Масштабные полоски равны 100 нм (а), 1 мкм (б).

Скачать (519KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дифрактограмма образцов N-C-TiO2.

Скачать (27KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Определение ширины запрещенной зоны допированных микросфер N-C-TiO2 и образцов TiO2 без примесей.

Скачать (26KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кинетика фотокатализа для микросфер TiO2 (1), N-TiO2 (2), C-TiO2 (3), N-С-TiO2 (4), N-C-TiO2_old (5) при фотовозбуждении в видимом диапазоне спектра. Стрелками показаны моменты включения (τ = 0) и выключения освещения (τ = 20 мин). С0 – концентрация красителя в момент времени τ = 0, С – концентрация красителя в момент времени τ.

Скачать (27KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры ЭПР серии микросфер в темновых условиях и при освещении: N-С-TiO2 (1 и 2), N-TiO2 (3 и 4), С-TiO2 (5 и 6), TiO2 (7).

Скачать (28KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Кинетика релаксации амплитуды сигнала ЭПР от оборванных связей углерода в N-C-TiO2. На вставке представлена кинетика для допированного углеродом TiO2.

Скачать (27KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025

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».