| 1 |
15 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. |
Получение и фотокаталитические свойства нанокомпозитов Ag/TiO2, Cu/TiO2 и WO3/TiO2 на основе нанокристаллического диоксида титана |
| Результаты этапа: Изучению процессов, происходящих в случае гетерогенного катализа с использованием наноматериалов, в частности, фотокатализу традиционно уделяется большое внимание. Одним их наиболее распространенных фотокатализаторов являются диоксид титана и оксид цинка из-за их высокой химической стабильности, подходящей ширины запрещенной зоны и достаточного времени жизни неравновесных электрон-дырочных пар. Для увеличения фотокаталитической активности (ФКА) этих материалов, в том числе при воздействии видимого света, применяются разные подходы, в том числе создание композиционного материала с контактом металл/полупроводник или полупроводник/полупроводник. В рамках выполнения работы по проекту, в качестве компонентов таких композитов нами были выбраны полупроводники n-типа (WO3) и p-типа (CuO) в связи с возможным положительным влиянием на ФКА диоксида титана за счёт пространственного разделения неравновесных носителей заряда и, соответственно, повышением их времени жизни. Для того, чтобы полученных композиты могли иметь коммерческое значение, был выбран метод синтеза путём модификации готовых препаратов TiO2, в том числе и коммерчески доступных (P25 Degussa). Было показано, что модификация CuO понижает ФКА оксида титана, в то время как модификация WO3 повышает на 25%. Также было показано, что композит WO3/TiO2 проявляет ФКА под воздействием видимого света. |
| 2 |
1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. |
Получение и фотокаталитические свойства нанокомпозитов Ag/TiO2, Cu/TiO2 и WO3/TiO2 на основе нанокристаллического диоксида титана |
| Результаты этапа: В ходе работы по проекту впервые было проведено систематическое исследование влияния доли рентгеноаморфной фазы на различные препараты на основе TiO2 и предложены методы обработки катализаторов с целью удаления рентгеноаморфной фазы. Ранее нами была показана эффективность дополнительных отжигов TiO2 для уменьшения доли аморфной фазы, оказывающей непосредственное влияние на ФКА образцов. В ходе текущего отчетного периода коллективом было проведено исследование влияния режимов термообработки на фазовый состав и фотокаталитические свойства образцов диоксида титана. Была показана эффективность кратковременных отжигов при 400С и 500С как для синтезированного мезопористого диоксида титана, так и для коммерческого препарата Hombikat UV100.
Следует отметить, что измерения ФКА производились в условиях, для которых установлен и подтверждён основной механизм обесцвечивания красителя. Для этого были проведены дополнительные эксперименты по пропусканию азота и воздуха через реакционную смесь в ходе измерений ФКА. Полученные результаты подтвердили наши предположения об окислительном механизме обесцвечивания метилового оранжевого в используемых условиях. Полученные результаты опубликованы в журнале Applied Catalysis B: Environmental - одном из ведущих журналов по тематике проекта. Показано влияние пространственного распределения WO3 на фотокаталитическую активность нанокомпозитов. В частности, установлено, что при использовании методов синтеза, обеспечивающих равномерное распределение WO3 по частицам TiO2. По данным РФА и оптической спектроскопии, без дополнительных отжигов, кристаллическая вольфрам-содержащая фаза не формируется до 8 вес.% в расчете на WO3. В ходе выполнения работ также показано изменение фазового состава в ходе модельных экспериментов по облучению суспензии TiO2 УФ-излучением. |
| 3 |
1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. |
Получение и фотокаталитические свойства нанокомпозитов Ag/TiO2, Cu/TiO2 и WO3/TiO2 на основе нанокристаллического диоксида титана |
| Результаты этапа: В ходе выполнения проекта в 2015-2017 гг были разработаны методики синтеза нанокомпозитов Ag/TiO2, Cu/TiO2 и WO3/TiO2 на основе нанокристаллического диоксида титана, а также исследованы фотокаталитические свойства этих материалов как при воздействии УФ-излучения, так и при воздействии излучения видимого диапазона. Все синтезированные материалы были охарактеризованы методами порошковой рентгеновской дифракции, растровой электронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии, спектроскопии диффузного отражения, термогравиметрического и дифференциального термического анализа. В ходе выполнения работы нами была предложена и реализована методика измерения массовой доли рентгеноаморфной фазы в диоксиде титана. Новизна предложенной методики заключается в снижении погрешности результата путём статистической обработки набора экспериментальных данных. Для определения доли аморфной фазы в образцах было предложено использовать сравнение данных термогравиметрии и измерений массовой доли рентгеноаморфной фазы, найденной по данным анализа порошковых дифрактограмм подготовленных смесей в различном соотношении исследуемого диоксида титана, специально синтезируемой рентгеноаморфной фазы диоксида титана и кристаллического кремния. Для доказательства влияния аморфной фазы на фотокаталитическую активность
диоксида титана было предложено кроме использования различных препаратов TiO2 изучать также образцы диоксида титана до и после обработки, приводящей к уменьшению
доли аморфной фазы. Нами было показано, что наличие в исследуемых образцах аморфных фаз снижает фотокаталитическю активность диоксида титана под воздействием УФ-излучения. В ходе выполнения работы были предложены такие методы уменьшения доли аморфной фазы как высокотемпературный отжиг и растворение аморфной фазы в концентрированной кислоте – предложенные методы позволили значительно повысить фотокаталитическую активность исследуемого диоксида титана. В ходе выполнения работы показано, что фотокаталитическая активность нанокомпозитов зависит не только от способов формирования нанокомопзита но, в значительной степени связана с кристалличностью диоксида титана. Чем выше кристалличность диоксида титана, тем выше фотокаталитическая активность нанокомпозита на его основе. Нанокомпозиты на основе диоксида титана с меньшей кристалличностью обладают более высокой фотокаталитической активностью по сравнению с немодифицированным диоксидом титана, содержащего аморфные фазы, но значительно уступают материалам, при синтезе которых использовался диоксид титана с высоким содержанием кристаллических фаз. Полученные в результате выполнения проекта композиционные материалы WO3/TiO2 (на основе диоксида титана с высокой степенью кристалличности) проявляют фотокаталитическую активность под действием света видимого диапазона, в отличие от диоксида титана, который фотокаталитически активен под действием УФ-излучения. В перспективе, использование материала WO3/TiO2 позволит проводить очистку вод при воздействии солнечного света, без использования дополнительных источников УФ-излучения. |
