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://ogarev-online.ru/0044-457X/article/view/136312
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044457X22100518
EDN: https://elibrary.ru/GULEEP
ID: 136312

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

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