ИСТИНА

Основной целью данной работы было изучение изначально существующих и индуцированных светом ПЦ и их роль в процессах накопления фотогенерированных носителей заряда в наногетероструктурах типа TiO2/MoO3 и TiO2/MoO3/V2O5. Согласно данным электронной микроскопии средний размер полученных наночастиц составлял: 5-6 нм для TiO2 и 1-2 нм для MoO3, V2O5. Измерения были выполнены на ЭПР–спектрометре фирмы Bruker ELEXSYS-500 (рабочая частота 9.5 ГГц, чувствительность прибора 51010 спин/Гс). Освещение образцов осуществлялось непосредственно в резонаторе спектрометра ЭПР светом ртутной лампы BRUKER ELEXSYS ER 203 UV (50 Вт) в широком диапазоне спектра 250<<1000 нм. Температура измерений составляла 300 и 77 К. Моделирование спектров ЭПР для определения значений g-факторов и констант сверхтонкого расщепления проводилось с использованием программного пакета EasySpin MATLAB. Наблюдаемые ПЦ были идентифицированы путем сравнения параметров спин-гамильтониана, полученных из спектров ЭПР, с данными, опубликованными ранее. Таким образом, сигнал ЭПР при слабом магнитном поле с параметрами спин-гамильтониана: g1= 2.0061, g2= 2.0049, g3= 2.0038 и A1= 0.17 мТл, A2= 0.36 mT, A3=3.21 mT принадлежит парамагнитным атомам азота N• (ядерный спин I=1), захваченным в матрице TiO2. N• -радикалы образуются в результате встраивания азота в решетку TiO2 при синтезе в присутствии NH4OH и последующей термической обработке TiO2. Сигналы ЭПР, наблюдаемые при магнитном поле 350 мТл и выше с параметрами g=1.9711, g||=1.9670, ΔН= 1.46 мТл, ΔН||=1.35 мТл и g=1.9485, g||=1.9317, ΔН=3.15 мТл, ΔН||=3.7 мТл (где ΔН и ΔН|| - соответствующие ширины линии) соответствуют объемным и поверхностным Ti3+-центрам, соответственно. ЭПР сигнал с параметрами g=1.9148, g||=1.8169, A=3.66, A|| =0.055 и ΔН=3.75 мТл, ΔН||=4.1 мТл обусловлен Мо5+ ПЦ. ЭПР сигнал с параметрами g = 1.994, g|| = 1.947, A = 5.55, A|| = 15.8, and ΔH = 3.2 мТл, ΔН|| = 1.75 мТл обусловлен V4+ ПЦ. После включения освещения интенсивность сигнала ЭПР от N•-радикалов в структурах TiO2/MoO3 возрастает в течение примерно 20 мин, а затем насыщается, что свидетельствует о достижении стационарной концентрации радикалов. После выключения освещения наблюдается медленное уменьшение интенсивности сигнала ЭПР до исходного значения примерно в течение 26-28 часов. Отметим, что эффект освещения в одиночном TiO2 также обратим, но в этом случае процесс был очень быстрым – в течение примерно 20 минут. Аналогичные эффекты длительной (многочасовой) релаксации сигнала ЭПР в исходное состояние после выключения освещения наблюдались и для других ПЦ - Ti3+ и Мо5+ в структурах TiO2/MoO3 и V4+- ионов в TiO2/MoO3/V2O5. Тот факт, что ПЦ сохраняют «возбужденное» состояние в течение очень длительного периода времени после выключения освещения, можно объяснить процессом инжекции фотогенерированных электронов из наночастиц TiO2 в MoO3 и V2O5, в то время как дырки остаются в TiO2. Вследствие такого пространственного разделения рекомбинация фотогенерированных носителей заряда оказывается подавленной. Фотоиндуцированные дырки участвуют в быстрой реакции с поверхностными гидроксидными группами и адсорбированными молекулами воды с образованием активных форм кислорода, в то время как фотоэлектроны накапливаются в виде водородно-молибденовых бронз, что обеспечивает пролонгированную бактерицидную активность исследованных образцов. Таким образом, данная работа является новым оригинальным исследованием процессов разделения и накопления заряда в энергоэффективных наногетероструктурах на основе TiO2.