Структура, спектральные и фотокаталитические свойства пористых нанопорошков ZnO, модифицированных оксидными соединениями марганца

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Синтезированы пористые нанокомпозиты на основе оксидных соединений цинка и марганца и исследованы их структура, морфология, спектральные и фотокаталитические свойства. Показано, что полученные пористые оксидные композиты обладают фотокаталитическими свойствами и состоят из нанокристаллов ZnO, Mn3O4 и ZnMn2O4 размером 20–40 нм. Внедрение ионов Mn2+ в кристаллическую решетку ZnO обусловливает увеличение объема элементарной ячейки кристаллов на 0.9%. Ширина запрещенной зоны композитов составляет 3.26 эВ. Кинетика фотокаталитического разложения в растворе красителя Chicago Blue Sky описывается уравнением псевдопервого порядка. В присутствии пористых нанокомпозитов процессы окисления органических соединений протекают как на поверхности фотокатализаторов, так и в растворе. Синтезированные нанокомпозиты могут быть перспективны для использования в фотокаталитических системах очистки воды и воздуха от органических загрязнений, а также для разложения воды на кислород и водород для водородной энергетики.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. А. Гаврилова

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: amonrud@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург

Д. А. Гаврилова

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: amonrud@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург

С. К. Евстропьев

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет); Университет ИТМО; Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова

Email: amonrud@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Н. В. Никоноров

Университет ИТМО

Email: amonrud@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Byrne C., Subramanian G., Pillai S.C. // J. Environ. Chem. Eng. 2018. V. 6. P. 3531. https://dx.doi.org/10.1016/j.jece.2017.07.080
  2. Ge J., Zhang Y., Heo Y.-J. et al. // Catalysts. 2019. V. 9. P. 122. https://doi.org/10.3390/catal9020122
  3. Haleem A., Shafiq A., Chen S.-Q. et al. // Molecules. 2023. V. 28. P. 1081. https://doi.org/10.3390/molecules28031081
  4. Li Y., Zhang W., Niu J. et al. // ACS Nano. 2012. V. 6. P. 5164. https://doi.org/10.1021/nn300934k
  5. Turchi C.S., Ollis D.F. // J. Catal. 1990. V. 122. P. 178.
  6. Hayyan M., Hashim M.A., Al Nashef I.M. // Chem. Rev. 2016. V. 116. P. 3029.
  7. Belousov A.S., Suleimanov E.V., Parkhacheva A.A. et al. // Solid State Sci. 2022. V. 132. P. 106997. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2022.106997
  8. Khomutinnikova L., Evstropiev S., Meshkovskii I. et al. // Ceramics. 2023. V. 6. P. 886. https://doi.org/10.3390/ceramics6020051
  9. Gavrilova M., Gavrilova D., Evstropiev S. et al. // Ceramics. 2023. V. 6. P. 1667. https://doi.org/10.3390/ceramics6030103
  10. Lin Y.-H., Weng C.-H., Tseng J.-H. et al. // Int. J. Photoenergy. 2016. V. 2016. P. 3058429. https://doi.org/10.1155/2016/3058429
  11. Саратовский А.С., Булыга Д.В., Евстропьев С.К. и др. // Физика и химия стекла. 2022. Т. 48. № 1. С. 16.
  12. Wang T., Tian B., Han B. et al. // Energy & Environ. Mater. 2022. V. 5. P. 711. https://doi.org/10.1002/eem2.12229
  13. Sun Y., Chen L., Bao Y. et al. // Catalysts. 2016. V. 6. P. 188. https://doi.org/10.3390/catal6120188
  14. Shelemanov A.A., Evstropiev S.K., Karavaeva A.V. et al. // Mater. Chem. Phys. 2022. V. 276. P. 125204. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125204
  15. Pall B., Sharon M. // Mater. Chem. Phys. 2002. V. 76. P. 82. https://doi.org/10.1016/S0254-0584(01)00514-4
  16. Ferreira S.H., Morais M., Nunes D. et al. // Materials. 2021. V. 14. № 9. P. 2385. https://doi.org/10.3890/ma14092385
  17. Liu D., Lv Y., Zhang M. et al. // J. Mater. Chem. A. 2014. V. 2. P. 15377.
  18. Deng H., Fei X., Yang Y. et al. // Chem. Eng. J. 2021. V. 409. P. 127377. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127377
  19. Alhaddad M., Mohamed R.M. // Appl. Nanosci. 2020. V. 10. P. 2269. https://doi.org/10.1007/s13204-020-01359-1
  20. Титов В.В., Лисаченко А.А., Акопян И.Х. и др. // Физика тв. тела. 2019. Т. 61. № 11. С. 2158.
  21. Das A., Malakar P., Nair R.G. // Mater. Lett. 2018. V. 219. P. 76.
  22. Evstropiev S.K., Lesnykh L.V., Karavaeva A.V. et al. // Chem. Eng. Process. 2019. V. 142. P. 107587.
  23. Ullah R., Dutta J. // J. Hazard. Mater. 2008. V. 156. P. 194. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.12.033
  24. Бакина О.В., Чжоу В.Р., Иванова Л.Ю. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 3. С. 401. https://doi.org/10.31857/S0044457X22601249
  25. Morkoş H., Ozgür Ü. Zinc oxide: Fundamentals, Materials and Device Technology. Weinheim: Wiley-VCH, 2009. ISBN: 978-3-527-40813-9
  26. Zhu L., Hong M., Ho G.W. // Sci. Rep. 2015. V. 5. P. 11609. https://doi.org/10.1038/srep11609
  27. Qiu M., Chen Z., Yang Z. et al. // Catal. Sci. Technol. 2018. V. 8. № 10. P. 2557. https://doi.org/10.1039/C8CY00436F
  28. Железнов В.В., Ткаченко И.А., Зиатдинов А.М. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 1. С. 105. https://doi.org/10.31857/S0044457X22100518
  29. Волкова Н.А., Евстропьев С.К., Никоноров Н.В. и др. // Опт. и спектр. 2019. Т. 127. Вып. 4. С. 687.
  30. Naseri M., Dehzangi A., Kamari H.M. et al. // Metals. 2016. V. 6. № 8. P. 181.
  31. Koczkur K.M., Mourdikoudis S., Polavarapu L. // Dalton Trans. 2015. V. 44. № 41. P. 17883.
  32. Evstropiev S.K., Karavaeva A.V., Dukelskii K.V. // Ceram. Int. 2018. V. 44. P. 9091. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.02.116
  33. Deraz N.M. // Acta Phys. Pol. 2019. V. 136. № 1. P. 1460.
  34. Sambandam B., Michael R.J.V., Manoharan P.T. // Nanoscale. 2015. V. 7. P. 13935. https://doi.org/10.1039/CSNR02666K
  35. Sebayang K., Aryanto D., Simbolon S. // IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng. 2018. V. 309. P. 012119. https://doi.org/10.1088/1757-899X/309/1/012119
  36. Tauc J., Grigorovici R., Vancu A. // Phys. Status Solidi. 1966. V. 15. P. 627.
  37. Агафонов А.В., Редозубов А.А., Козик В.В. и др. // Журн. неорган. химии. 2015. Т. 60. № 8. С. 1001.
  38. El Mouchtari E.M., Bahsis L., El Mersly L. et al. // Int. J. Environ. Res. 2021. V. 15. P. 135. https://doi.org/10.1007/s41742-020-00300-2

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Рентгенограммы порошков Zn (а) [9], ZnMn9 (б), ZnMn17 (в) и ZnMn50 (г).

Скачать (280KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Электронно-микроскопические снимки синтезированных порошков ZnMn9 (а, г), ZnMn17 (б, д) и ZnMn50 (в, е).

Скачать (290KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Спектры диффузного отражения (а, б, в) и рассчитанные на основании их зависимости (FKM h)2 = f(h) для образцов Zn (а, г), ZnMn9 (б, д) и ZnMn17 (в, е).

Скачать (177KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влияние облучения синим светом на спектры поглощения растворов красителя Chicago Sky Blue без добавок фотокатализатора (а), с добавкой композита ZnMn9 (б).

Скачать (177KB)
Метаданные
6. Рис. 5. а) Кинетические зависимости фоторазложения красителя в растворе без добавок фотокатализаторов (1), а также в растворах, содержащих композиты ZnMn9 (2), ZnMn17 (3) и ZnMn50 (4); б) Кинетические зависимости адсорбции красителя на поверхности композитов ZnMn9 (1); ZnMn17 (2); ZnMn50 (3).

Скачать (145KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024