Пошук академічних текстів

Інформація × Реєстраційний номер 0218U003788, 0116U007437 , Науково-дослідна робота Назва роботи Фотокаталітичні властивості нанодисперсних систем на основі мезопористих оксидів заліза та титану Назва етапу роботи Керівник роботи Коцюбинський Володимир Олегович, Доктор фізико-математичних наук Дата реєстрації 23-07-2018 Організація виконавець ДВНЗ "Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника" Опис етапу Проведено розробку та апробацію відтворюваних методик синтезу нанодисперсних мезопористих систем діоксиду титану (анатаз, рутил і композит анатаз/рутил) шляхом гідролізу та гідротермальної обробки прекрурсорів в присутності NaCl чи сульфат аніонів. Встановлено, що збільшення температури відпалу спричиняє нелінійну зміну відносного відсоткового вмісту поліморфних фаз анатаз/брукіт та викликає ріст усередненого розміру кристалітів матеріалів. Зафіксовано непрямі оптичних переходів для фази брукіту та проаналізовано вплив ступеня дисперсності анатазу та брукіту на ширини забороненої зони матеріалів. Побудовано феноменологічну модель впливу іонів Na+ на нуклеацію фаз діоксиду титану та простежено вплив структурних параметрів на інтегральні значення ширин забороненої зони отриманих матеріалів. З'ясовано, що присутність SO42- груп в реакційному середовищі, призводить до утворення хелатованих бідентантних комплексів в екваторіальних площинах октаедрів, що зумовлює створення умов для нуклеації фази анатазу. Здійснено порівняльний аналіз впливу структурно-морфологічних і електронних характеристик на фотокаталічтину активність отриманих систем діоксину титану. Встановлено, що максимальною фотокаталітичною активністю в реакції окиснення МБ володіє матеріал, з максимальним вмістом фази брукіту, для якого ширина забороненої зони для прямих дозволених оптичних переходів є мінімальною (2,5 еВ), що зумовлено синергетичним впливом таких факторів як ступінь кристалічності матеріалу, величина питомої площі поверхні, вплив розмірних ефектів на ширину забороненої зони компонент матеріалу. В реакціях фотодеструкції розчину формальдегіду найвищу фотокаталітичну активність проявляють композитні матеріали анатаз / брукіт, що ймовірно пов'язано з підвищенням ефективності розділення фотогенерованих електронно-діркових пар для випадку двофазності складу частинки-агломерату складної морфології. Розроблено гідротермальну та золь-гель методики отримання нанодисперсних систем оксидів й гідроксидів заліза з можливістю керування їх фізико-хімічними властивостями на етапі синтезу за умови використання різних режимів обробки, рН середовища та молярної концентрації прекурсорів. Встановлено взаємозв'язок між молярною концентрацією прекурсорів під час золь гель синтезу та морфологічними характеристиками -Fe2O3, зокрема виявлено, що ріст молярної концентрації прекурсорів веде до підвищення ступеня кристалічності матеріалу при значеннях середніх розмірів областей когерентного розсіювання для фази -Fe2O3 в діапазоні 7 - 11 нм. Побудовано модель формування матеріалу в результаті термічного розкладу цитрату заліза. Зафіксовано прояви впливу розмірних ефектів на ширину забороненої зони синтезованих гідротермальним методом ультрадисперсних систем оксидів /гідроксидів заліза. Виявлено, що електропровідність, ультрадисперсних систем оксидів/ гідроксидів заліза реалізується за допомогою перколяційного перенесення електронів по дефектній структурі за механізмом недебаєвських релаксації у твердому стані, що описується нелінійним законом Джоншера. Встановлено кореляцію між шириною забороненої зони та електропровідністю, що є результатом зміни розміру кристалітів, ступеня дисперсності та стану приповерхневих шарів матеріалу. Виявлено позитивну залежність між електропровідністю матеріалів та їх фотокаталітичною активністю: збільшення електропровідності зумовлює зростання фотоактивності матеріалів. Запропоновано модель згідно якої збільшення провідності обумовлює зростання рухливості електронів у поверхневих шарах фотокаталізаторів, що, в свою чергу, призводить до збільшення квантової ефективності виходу електронів, та покращення фотоактивності матеріалів. Встановлено, що максимальною фотокаталітичною активністю в реакції деструкції метилену блакитного та формальдегіду володіють ультрадисперсний ?-FeOOH (KМВ =0,015 хв-1, KF =0,038 хв-1), для якого реалізуються гетерогенний процес Фентона та нанодисперсний композит ?-Fe2O3/?-Fe2O3 (KМВ =0,022 хв-1, KF =0,040 хв-1), в якому забезпечується просторове розділення генерованих носіїв заряду завдяки сумісності електронних структур магеміту й гематиту. Опис продукції Синтезовано ультрадисперсні оксиди й гідроксиди заліза з передбачуваними структурою-морфологічними, оптичними й електропровідними характеристиками відкриває можливості отримання поліфункціональних наноматеріалів з адаптованими для конкретної сфери застосування властивостями. Отримані в ході виконання проекту результати про кореляцію розміру частинок, електропровідності, ширини забороненої зони й фотоактивності свідчать про ефективність потенційного використання синтезованих матеріалів для фотокаталітичних застосувань. Встановлено, що максимальною фотокаталітичною активністю в реакції деструкції метилену блакитного та формальдегіду володіють ультрадисперсний gamma-FeOOH (KМВ =0,015 хв-1, KF =0,038 хв-1), для якого реалізуються гетерогенний процес Фентона та нанодисперсний композит gamma-Fe2O3/alpha-Fe2O3 (KМВ =0,022 хв-1, KF =0,040 хв-1), в якому забезпечується просторове розділення генерованих носіїв заряду завдяки сумісності електронних структур матеріалу. Автори роботи Бережницька Інна Дмитрівна Бойчук Андрій Михайлович Григорук Олександр Олесандрович Груб'як Андрій Богданович Колковський Павло Ігорович Коцюбинський Володимир Олегович Мокляк Марія Генадіївна Рачій Богдан Іванович Додано в НРАТ 2020-04-02 Закрити