CC BY
20XVII Всероссийская с международным участием школа - семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых имени академика А.Г. Мержанова
МЕХАНОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ГЕТЕРОСТРУКТУРНЫХ ФОТОКАТАЛИЗАТОРОВ TiO2/MoO3(V2O5, WO3) В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ КОНТАКТНЫХ ДАВЛЕНИЙ
Щербакова В.Б. студентка, Садовская Л.Ю., Свиридова Т.В., Свиридов Д.В.
Химический факультет Белорусского государственного университета,
Минск, Беларусь, valval998@mail. ru
DOI: 10.24411/9999-004A-2019-10016
Способность диоксида титана анатазной модификации инициировать химические реакции при ультрафиолетовом облучении открывает возможность безреагентного осуществления реакций окисления, в том числе, с целью очистки водных и воздушных сред, а также создания самоочищающихся и самостерилизующихся материалов. Механизм функционирования диоксид-титановых фотокатализаторов основан на фотогенерации электро-дырочных пар, способных к участию во вторичных взаимодействиях, продуктами которых являются высокоактивные свободно-радикальные частицы (в том числе, -ОН, -О2-и т.д.). Эффективные фотокаталитические материалы представляют собой комбинацию диоксида титана с добавками различной природы, функция которых состоят в расширении спектральной чувствительности фотокатализатора, его сенсибилизации, обеспечения возможности накопления фотогенерированного заряда. Последнее обеспечивается за счет использования в качестве аккумулирующей составляющей оксидов h-MoO3, h-WO3, xeroge/-V2O5, отличающихся выраженно слоистым строением и позволяющих накапливать фотогенерированный в диоксид-титановой матрице заряд за счет генерации водородных бронз [1]. Кроме того, была показана аномальная окислительная активность дисперсии диоксида титана, подвергнутой механохимическому воздействию [2].
Целью настоящего исследования являлось изучение возможности механохимической активации (в условиях высоких контактных нагрузок) гетерооксидных композитов TiO2 / h-MoO3 (h-WO3, xeroge/-V2O5)) мозаичного строения, а также изучение их фотокаталитической и наведенной окислительной активности.
В работе были использованы золи TiO2 (модификации анатаз), полученные путем гидролиза TiCl4 в водно-аммиачной среде. Дисперсные фазы h-MoO3, h-WO3, xeroge/-V2O5 получали сольвотермическим способом [3]. Высушенные при комнатной температуре оксиды смешивали с дисперсным TiO2 в соотношении 1:5 и подвергали механохимическому воздействию (10 минут) в присутствии следовых количеств воды. Механохимический эксперимент проводили на опытной установке Института физики твердого тела Российской академии наук. Величина
XVII Всероссийская с международным участием школа - семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых имени академика А.Г. Мержанова
контактного давления составляла 25 МПа. Из полученных таким образом суспензионных паст на поверхности глазурированных плиток были сформированы фотокаталитические слои. Окислительную активность индивидуального диоксида титана и гетерооксидных композитов исследовали как непосредственно в условиях облучения ртутной лампой (длина волны 253 нм), так и после прекращения облучения, измеряя величину диффузного отражения в области поглощения красителя Родамин 6G, нанесенного на поверхность оксидного слоя.
Установлено, что переход от свежеполученных гетерооксидных пленок к аналогам, подвергнутым механохимической активации, повышает их фотокаталитическую активность в условиях актиничного облучения более чем в 3 раза, что сочетается с кардинальным (до 4 раза) увеличением наведенной окислительной активности в темновых условиях (т.е. после экспонирования УФ-светом), связанной с накоплением фотогенерированного заряда в виде восстановленных состояний в оксиде молибдена (вольфрама, ванадия). Указанный эффект обусловлен изменениями структуры гетероооксидной системы в результате механохимической активации и обеспечивает сохранение наведенной окислительной активности у гетерооксидных композитов как минимум в течение 3 часов.
Электронно-микрокопическое исследование показало, что результатом механохимического воздействия является изменение габитуса кристаллов как оксидов переходных металлов, так и кристаллов диоксид-титановой фазы, способствующее диспергированию микрокристаллических оксидов молибдена, вольфрама и ванадия с формированием сферолитов, размер которых не превышает 100 нм. С другой стороны, механохимическое воздействие на нанокристаллический TiO2 вызывает его вторичную перекристаллизацию с формированием тубулено-подобных структур с большим аспектным отношением (свыше 7).
Полученные результаты продемонстрировали возможность механохимической активации гетерооксидных композитов, в основе которой лежит стимулированная высоким контактным давлением рекристаллизация, обеспечивающая создание благоприятных условий для генерации и накопления неравновесных носителей заряда.
Список литературы:
1. Shchukin, D.G. Photocatalytic processes in spatially confined micro- and nanoreactors / D.G. Shchukin, D.V. Sviridov // J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev. - 2006. -Vol.7. - P. 23-26.
2. Щербакова, В. Химико-деформационное регулирование структуры и свойств приповерхностных слоев / В.Б. Щербакова, Н.В. Классен // XVI Всероссийская с международным участием Школа-семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых имени академика А.Г. Мержанова. -Черноголовка. - С. 98-99.
3. Sviridova T.V., Stepanova L.I., Sviridov D.V. In: Molybdenum: Characteristics, Production and Applications / ed. by M. Ortiz et al. NY, 2012. P.147-179.
