Магнитные фотокатализаторы на основе нанодисперсного легированного марганцем диоксида титана

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Для получения функциональных материалов на основе диоксида титана одностадийным методом в гидротермальных условиях синтезированы марганецсодержащие образцы анатаза с наноразмерной морфологией (в форме округлых наночастиц). Показано, что марганец входит в структуру диоксида титана, образуя твердые растворы замещения. При высоких уровнях легирования часть вводимого марганца идет на образование α-MnO2. Отмечен значительный рост оптической активности в видимом диапазоне спектра и уменьшение ширины запрещенной зоны вплоть до ~2.4 эВ для легированного марганцем анатаза за счет возникновения примесных (мультивалентных ионов Mn) и собственных компенсирующих (кислородных вакансий) дефектов. Обнаружено, что легированные марганцем образцы относятся к разбавленным магнитным полупроводникам, при этом магнитные характеристики растут с увеличением содержания марганца. Все марганецсодержащие образцы демонстрируют фотокаталитическую активность в реакции деградации индигокармина при облучении видимым светом. Степень деградации красителя зависит от содержания в образцах марганца и достигает >90%.

Об авторах

В. В. Железнов

Институт химии ДВО РАН

Email: zhvv53@mail.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

И. А. Ткаченко

Институт химии ДВО РАН

Email: zhvv53@mail.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

А. М. Зиатдинов

Институт химии ДВО РАН

Email: zhvv53@mail.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

Д. П. Опра

Институт химии ДВО РАН

Email: zhvv53@mail.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

М. С. Васильева

Институт химии ДВО РАН

Email: zhvv53@mail.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

Д. А. Сарицкий

Институт химии ДВО РАН

Email: zhvv53@mail.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

Е. В. Тарасов

Институт химии ДВО РАН

Email: zhvv53@mail.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

В. Г. Курявый

Институт химии ДВО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: zhvv53@mail.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

Список литературы

  1. Umar K., Aris A., Ahmad H. et al. // J. Anal. Sci. Technol. 2016. V. 7. № 1. P. 29. https://doi.org/10.1186/s40543-016-0109-2
  2. Loan T.T., Long N.N. // Commun. Phys. 2019. V. 29. № 3. P. 251. https://doi.org/10.15625/0868-3166/29/3/13854
  3. Пячин С.А., Карпович Н.Ф., Зайцев А.В. и др. // Фундаментальные исследования. 2017. № 10. P. 261.
  4. Красильников В.Н., Жуков В.П., Переляева Л.А. и др. // Физика твердого тела 2013. V. 55. № 9. P. 1788.
  5. Baklanova I.V., Krasil’Nikov V.N., Zhukov V.P. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2014. V. 59. № 2. P. 29. https://doi.org/10.7868/80044457X14020044
  6. Opra D.P., Gnedenkov S.V., Sinebryukhov S.L. et al. // Chem. Phys. 2020. V. 538. P. 110864. https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2020.110864
  7. Оболенская Л.Н., Кузьмичева Г.М., Зубавичус Я.В. и др. // Пат. РФ № 2565689 // Бюл. изобр. 2015. № 29. С. 14.
  8. Nguyen K.C., Nguyen N.M., Duong V.Q. et al. // J. Electron. Mater. 2021. V. 50. № 4. P. 1942. https://doi.org/10.1007/s11664-020-08699-2
  9. He Z., Hong T., Chen J. et al. // Sep. Purif. Technol. 2012. V. 96. P. 50. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2012.05.005
  10. Makarevich O.N., Ivanov A.V., Gavrilov A.I. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 3. P. 299. https://doi.org/10.31857/S0044457X20030083
  11. Kozlov D.A., Tikhonova S.A., Evdokimov P.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 12. P. 1958. https://doi.org/10.31857/S0044457X20120090
  12. Saber O., Kotb H.M., Osama M. et al. // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 3. P. 440. https://doi.org/10.3390/nano12030440
  13. Noman M.T., Ashraf M.A., Ali A. // Environ. Sci. Pollut. Res. 2019. V. 26. № 4. P. 3262. https://doi.org/10.1007/s11356-018-3884-z
  14. Пугачевский М.А., Мамонтов В.А., Николаева С.Н. и др. // Изв. Юго-Западного гос. ун-та. Серия Техника и технологии 2021. V. 11. № 2. P. 104.
  15. Ali I., Suhail M., Alothman Z.A. et al. // RSC Adv. 2018. V. 8. № 53. P. 30125. https://doi.org/10.1039/C8RA06517A
  16. Zakharova G.S., Fattakhova Z.A., Puzyrev I.S. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 3. P. 283. https://doi.org/10.1134/S0044457X19030231
  17. Kuryavyi V.G., Ustinov A.Y., Opra D.P. et al. // Mater. Lett. 2014. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.09.007
  18. Luo W., Taleb A. // Nanomaterials. 2021. V. 11. № 2. P. 365. https://doi.org/10.3390/nano11020365
  19. López Zavala M.Á., Lozano Morales S.A., Ávila-Santos M. // Heliyon. 2017. V. 3. № 11. P. E00456. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2017.e00456
  20. Simonenko T.L., Bocharova V.A., Simonenko N.P. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 4. P. 459. https://doi.org/10.31857/S0044457X20040182
  21. Taran G.S., Baranchikov A.E., Ivanova O.S. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 6. P. 800. https://doi.org/10.31857/S0044457X20060239
  22. Cherkasov F.G., Ovchinnikov I.V., Turanov A.N. et al. // Low Temp. Phys. (English Transl. Fiz. Nizk. Temp.) 1997. V. 23. № 2. P. 174.
  23. Wang S., Guan A., Wang J. et al. // Facile synthesis of a high purity α-MnO2 nanorod for rapid degradation of Rhodamine B, Research Square, 2021. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-679600/v1
  24. Williams F. // J. Chem. Educ. 2009. V. 86. № 1. P. 33. https://doi.org/10.1021/ed086p33
  25. Sakaguchi Miyamoto N., Miyamoto R., Giamello E. et al. // Res. Chem. Intermed. 2018. V. 44. № 7. P. 4563. https://doi.org/10.1007/s11164-018-3468-z
  26. Müller K.A. // Phys. Rev. Lett. 1959. V. 2. № 8. P. 341. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.2.341
  27. Serway R.A., Berlinger W., Müller K.A. et al. // Phys. Rev. B. 1977. V. 16. № 11. P. 4761. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.16.4761
  28. Amorelli A., Evans J.C., Rowlands C.C. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1. Phys. Chem. Condens. Phases. 1989. V. 85. № 12. P. 4031. https://doi.org/10.1039/f19898504031
  29. Castner T., Newell G.S., Holton W.C. et al. // J. Chem. Phys. 1960. V. 32. № 3. P. 668. https://doi.org/10.1063/1.1730779
  30. Cordischi D., Valigi M., Gazzoli D. et al. // J. Solid State Chem. 1975. V. 15. № 1. P. 82. https://doi.org/10.1016/0022-4596(75)90274-1
  31. Yang G., Jiang Z., Shi H. et al. // J. Mater. Chem. 2010. V. 20. № 25. P. 5301. https://doi.org/10.1039/c0jm00376j
  32. Serwicka E., Schindler R.N. // Z. Naturforsch., A. 1981. V. 36. № 9. P. 992. https://doi.org/10.1515/zna-1981-0910
  33. Hoffmann M.R., Martin S.T., Choi W. et al. // Chem. Rev. 1995. V. 95. № 1. P. 69. https://doi.org/10.1021/cr00033a004
  34. Coey J.M.D., Venkatesan M., Fitzgerald C.B. // Nat. Mater. 2005. V. 4. № 2. P. 173. https://doi.org/10.1038/nmat1310
  35. Ermakov A.E., Uimin M.A., Korolev A.V. et al. // Phys. Solid State. 2017. V. 59. № 3. P. 469. https://doi.org/10.1134/S1063783417030106
  36. Smirnova N., Petrik I., Vorobets V. et al. // Nanoscale Res. Lett. 2017. V. 12. № 1. P. 239. https://doi.org/10.1186/s11671-017-2002-3
  37. Keлип А.А., Петрик И.С., Довбешко Г.И. и др. // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия биология, химия. 2013. V. 26. № 3. P. 261.
  38. Wang Y., Zhang R., Li J. et al. // Nanoscale Res. Lett. 2014. V. 9. № 1. P. 46. https://doi.org/10.1186/1556-276X-9-46

Дополнительные файлы


© В.В. Железнов, И.А. Ткаченко, А.М. Зиатдинов, Д.П. Опра, М.С. Васильева, Д.А. Сарицкий, Е.В. Тарасов, В.Г. Курявый, 2023