"Комбинированное применение мессбауэровской спектроскопии на ядрах 57Fe, 121Sb и 119Sn для выяснения влияния индивидуальных зарядкомпенсирующих дефектов на фотокаталитическую активность диоксида титана, модифицированного гетеровалентными катионами Fe3+"НИР

"Combined application of 57Fe, 121Sb and 119Sn Mossbauer spectroscopy to elucidation of the impact of individual charge balancing defects on the photocatalytic activity of titanium dioxide modified by Fe3+ heterovalent cations"

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Комбинированное применение мессбауэровской спектроскопии на ядрах 57Fe, 121Sb и 119Sn для выяснения влияния индивидуальных зарядкомпенсирующих дефектов на фотокаталитическую активность диоксида титана, модифицированного гетеровалентными катионами Fe3+
Результаты этапа: Обнаружено распределение катионов Fe3+ по двум неэквивалентным позициям в структуре TiO2, резко различающимся значениями градиента электрического поля на ядрах 57Fe.Для низких концентраций Fe выявлено усиление УФ-фотокаталитической активности при введении эквивалентного количества катионов Sb5+.Анализ мессбауэровских спектров 121Sb доказал отсутствие частичного перехода сурьмы в трехвалентное состояние.
2 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Комбинированное применение мессбауэровской спектроскопии на ядрах 57Fe, 121Sb и 119Sn для выяснения влияния индивидуальных зарядкомпенсирующих дефектов на фотокаталитическую активность диоксида титана, модифицированного гетеровалентными катионами Fe3+
Результаты этапа: Присутствие сурьмы в образцах (x at% Fe3+ + x at% Sb5+):TiO2, содержавших варьируемые эквимолярные количества (0,15  x  1) двух модифицирующих катионов, во всех случаях сопровождалось увеличением константы скорости k реакции фотокаталитического обесцвечивания раствора метилоранжа. Тем не менее, обнаруженное изменение кинетики этой тестовой реакции, согласующееся с уменьшением концентрации вакансий кислорода VO в результате введения Sb5+, быстро ослабевало по мере возрастания x. Указанный эффект объяснен увеличением числа образовавшихся ассоциатов Fe3+ – VO, замедляющих диффузию вакансий VO к поверхности TiO2, а следовательно, и скорость их отжига в исследуемом катализаторе. Исследование влияния продолжительности (t) отжига на воздухе при 500 С на фотокаталитическую активность образца 2 ат% Fe3+:TiO2 показало, что по прошествии t = 20 ч модифицирующие ионы Fe3+ продолжали оставаться в позициях, в которых они находились в образце TiO2, отожженном при 500 С в течение t = 2 ч. Это следовало из рассмотрения мессбауэровского спектра 57Fe, полученного при 77 K, в котором отсутствовала секстетная компонента, отвечавшая сверхтонкому полю Н = 520 кЭ, обычно проявлявшаяся при исследовании высокодисперсных частиц Fe2O3, характеризующихся суперпарамагнитными свойствами. На вхождение подавляющего количества ионов 57Fе3+ в структуре TiO2 также указало отсутствие восстановления фотокаталитической активности, ожидавшегося при уменьшения концентрации Fe3+ и, следовательно, числа вакансий кислорода VO, компенсирующих дефицит заряда этих катионов. Результаты этапа 2020 г.. опубликованы в журнале Mendeleev Communicaions.
3 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Комбинированное применение мессбауэровской спектроскопии на ядрах 57Fe, 121Sb и 119Sn для выяснения влияния индивидуальных зарядкомпенсирующих дефектов на фотокаталитическую активность диоксида титана, модифицированного гетеровалентными катионами Fe3+
Результаты этапа: Применение мессбауэровской спектроскопия 119Sn позволило впервые выбрать адекватные образцы для проведения фотокаталитических экспериментов, продемонстрировавших отсутствие значимого влиянии добавок Sn4+ на константу скорости тестовой реакции, независимо от локализации этих ионов в объеме или на поверхности частиц TiO2. Применение мессбауэровской спектроскопии 121Sb для диагностики электронной структуры и локального окружения поверхностных ионов Sb3+(изовалентных модифицирующим катионам Cr3+ и Fe3+), позволило впервые наблюдать подавление стереохимически активной неподеленной электронной парой Sb3+ отрицательного воздействие соседней вакансии VO на кинетику фотокаталитической реакции.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".