Magnetic Photocatalysts Based on Nanocrystalline Manganese-Doped Titanium Dioxide

V. V. Zheleznov; Железнов В. В.; I. A. Tkachenko; Ткаченко И. А.; A. M. Ziatdinov; Зиатдинов А. М.; D. P. Opra; Опра Д. П.; M. S. Vasilyeva; Васильева М. С.; D. A. Saritsky; Сарицкий Д. А.; E. V. Tarasov; Тарасов Е. В.; V. G. Kuryavyi; Курявый В. Г.

doi:10.31857/S0044457X22100518

Магнитные фотокатализаторы на основе нанодисперсного легированного марганцем диоксида титана

Авторы: Железнов В.В.¹, Ткаченко И.А.¹, Зиатдинов А.М.¹, Опра Д.П.¹, Васильева М.С.¹, Сарицкий Д.А.¹, Тарасов Е.В.¹, Курявый В.Г.¹
Учреждения:
1. Институт химии ДВО РАН
Выпуск: Том 68, № 1 (2023)
Страницы: 105-114
Раздел: НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОМАТЕРИАЛЫ
URL: https://rjmseer.com/0044-457X/article/view/665335
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044457X22100518
EDN: https://elibrary.ru/GULEEP
ID: 665335

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Для получения функциональных материалов на основе диоксида титана одностадийным методом в гидротермальных условиях синтезированы марганецсодержащие образцы анатаза с наноразмерной морфологией (в форме округлых наночастиц). Показано, что марганец входит в структуру диоксида титана, образуя твердые растворы замещения. При высоких уровнях легирования часть вводимого марганца идет на образование α-MnO₂. Отмечен значительный рост оптической активности в видимом диапазоне спектра и уменьшение ширины запрещенной зоны вплоть до ~2.4 эВ для легированного марганцем анатаза за счет возникновения примесных (мультивалентных ионов Mn) и собственных компенсирующих (кислородных вакансий) дефектов. Обнаружено, что легированные марганцем образцы относятся к разбавленным магнитным полупроводникам, при этом магнитные характеристики растут с увеличением содержания марганца. Все марганецсодержащие образцы демонстрируют фотокаталитическую активность в реакции деградации индигокармина при облучении видимым светом. Степень деградации красителя зависит от содержания в образцах марганца и достигает >90%.

Ключевые слова

анатаз, легирование, наночастицы, запрещенная зона, магнитные свойства, фотокаталитическая активность

Список литературы

Umar K., Aris A., Ahmad H. et al. // J. Anal. Sci. Technol. 2016. V. 7. № 1. P. 29. https://doi.org/10.1186/s40543-016-0109-2
Loan T.T., Long N.N. // Commun. Phys. 2019. V. 29. № 3. P. 251. https://doi.org/10.15625/0868-3166/29/3/13854
Пячин С.А., Карпович Н.Ф., Зайцев А.В. и др. // Фундаментальные исследования. 2017. № 10. P. 261.
Красильников В.Н., Жуков В.П., Переляева Л.А. и др. // Физика твердого тела 2013. V. 55. № 9. P. 1788.
Baklanova I.V., Krasil’Nikov V.N., Zhukov V.P. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2014. V. 59. № 2. P. 29. https://doi.org/10.7868/80044457X14020044
Opra D.P., Gnedenkov S.V., Sinebryukhov S.L. et al. // Chem. Phys. 2020. V. 538. P. 110864. https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2020.110864
Оболенская Л.Н., Кузьмичева Г.М., Зубавичус Я.В. и др. // Пат. РФ № 2565689 // Бюл. изобр. 2015. № 29. С. 14.
Nguyen K.C., Nguyen N.M., Duong V.Q. et al. // J. Electron. Mater. 2021. V. 50. № 4. P. 1942. https://doi.org/10.1007/s11664-020-08699-2
He Z., Hong T., Chen J. et al. // Sep. Purif. Technol. 2012. V. 96. P. 50. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2012.05.005
Makarevich O.N., Ivanov A.V., Gavrilov A.I. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 3. P. 299. https://doi.org/10.31857/S0044457X20030083
Kozlov D.A., Tikhonova S.A., Evdokimov P.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 12. P. 1958. https://doi.org/10.31857/S0044457X20120090
Saber O., Kotb H.M., Osama M. et al. // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 3. P. 440. https://doi.org/10.3390/nano12030440
Noman M.T., Ashraf M.A., Ali A. // Environ. Sci. Pollut. Res. 2019. V. 26. № 4. P. 3262. https://doi.org/10.1007/s11356-018-3884-z
Пугачевский М.А., Мамонтов В.А., Николаева С.Н. и др. // Изв. Юго-Западного гос. ун-та. Серия Техника и технологии 2021. V. 11. № 2. P. 104.
Ali I., Suhail M., Alothman Z.A. et al. // RSC Adv. 2018. V. 8. № 53. P. 30125. https://doi.org/10.1039/C8RA06517A
Zakharova G.S., Fattakhova Z.A., Puzyrev I.S. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 3. P. 283. https://doi.org/10.1134/S0044457X19030231
Kuryavyi V.G., Ustinov A.Y., Opra D.P. et al. // Mater. Lett. 2014. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.09.007
Luo W., Taleb A. // Nanomaterials. 2021. V. 11. № 2. P. 365. https://doi.org/10.3390/nano11020365
López Zavala M.Á., Lozano Morales S.A., Ávila-Santos M. // Heliyon. 2017. V. 3. № 11. P. E00456. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2017.e00456
Simonenko T.L., Bocharova V.A., Simonenko N.P. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 4. P. 459. https://doi.org/10.31857/S0044457X20040182
Taran G.S., Baranchikov A.E., Ivanova O.S. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 6. P. 800. https://doi.org/10.31857/S0044457X20060239
Cherkasov F.G., Ovchinnikov I.V., Turanov A.N. et al. // Low Temp. Phys. (English Transl. Fiz. Nizk. Temp.) 1997. V. 23. № 2. P. 174.
Wang S., Guan A., Wang J. et al. // Facile synthesis of a high purity α-MnO2 nanorod for rapid degradation of Rhodamine B, Research Square, 2021. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-679600/v1
Williams F. // J. Chem. Educ. 2009. V. 86. № 1. P. 33. https://doi.org/10.1021/ed086p33
Sakaguchi Miyamoto N., Miyamoto R., Giamello E. et al. // Res. Chem. Intermed. 2018. V. 44. № 7. P. 4563. https://doi.org/10.1007/s11164-018-3468-z
Müller K.A. // Phys. Rev. Lett. 1959. V. 2. № 8. P. 341. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.2.341
Serway R.A., Berlinger W., Müller K.A. et al. // Phys. Rev. B. 1977. V. 16. № 11. P. 4761. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.16.4761
Amorelli A., Evans J.C., Rowlands C.C. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1. Phys. Chem. Condens. Phases. 1989. V. 85. № 12. P. 4031. https://doi.org/10.1039/f19898504031
Castner T., Newell G.S., Holton W.C. et al. // J. Chem. Phys. 1960. V. 32. № 3. P. 668. https://doi.org/10.1063/1.1730779
Cordischi D., Valigi M., Gazzoli D. et al. // J. Solid State Chem. 1975. V. 15. № 1. P. 82. https://doi.org/10.1016/0022-4596(75)90274-1
Yang G., Jiang Z., Shi H. et al. // J. Mater. Chem. 2010. V. 20. № 25. P. 5301. https://doi.org/10.1039/c0jm00376j
Serwicka E., Schindler R.N. // Z. Naturforsch., A. 1981. V. 36. № 9. P. 992. https://doi.org/10.1515/zna-1981-0910
Hoffmann M.R., Martin S.T., Choi W. et al. // Chem. Rev. 1995. V. 95. № 1. P. 69. https://doi.org/10.1021/cr00033a004
Coey J.M.D., Venkatesan M., Fitzgerald C.B. // Nat. Mater. 2005. V. 4. № 2. P. 173. https://doi.org/10.1038/nmat1310
Ermakov A.E., Uimin M.A., Korolev A.V. et al. // Phys. Solid State. 2017. V. 59. № 3. P. 469. https://doi.org/10.1134/S1063783417030106
Smirnova N., Petrik I., Vorobets V. et al. // Nanoscale Res. Lett. 2017. V. 12. № 1. P. 239. https://doi.org/10.1186/s11671-017-2002-3
Keлип А.А., Петрик И.С., Довбешко Г.И. и др. // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия биология, химия. 2013. V. 26. № 3. P. 261.
Wang Y., Zhang R., Li J. et al. // Nanoscale Res. Lett. 2014. V. 9. № 1. P. 46. https://doi.org/10.1186/1556-276X-9-46