CC BY
15
УДК 546.681.19: 541.67+541.123.2
И.А. Кировская, Е.О. Карпова, К.В. Дзюба
Омский государственный технический университет, г. Омск
ОСОБЕННОСТИ ФОТОКАТАЛИЗА НА ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ (Са8)х^пТе)1_х
Использование энергии света для проведения полезных химических процессов приобретает все большую актуальность в связи с уменьшением запасов невозобновляемых энергоносителей и природного химического сырья. Фотокаталитические процессы выступают как наиболее перспективный путь такого использования света [1-3].
Одно из важнейших мест среди фотокаталитических реакций, осуществляемых полупроводниками, занимает реакция разложения воды на водород и кислород. Сейчас созданию фотокатализаторов для данной реакции уделяется большое внимание, что связано с перспективой использования данной реакции для фотокаталитического преобразования солнечной энергии в химическую [4, 5].
Фотокаталитические исследования проводили на примере реакции разложения воды. Объекты исследования представляли собой водные суспензии СёБ, 2пТе и твердых растворов на их основе. Фотокаталитическую активность определяли потенциометическим и хроматографическим методами в щелочной среде.
Результаты выполненных исследований фотокаталитических свойств сульфида кадмия, теллурида цинка и их твердых растворов в водной суспензии представлены в табл. 1, 2 и на рис. 1.
Таблица 1
Изменение концентрации ионов водорода в процессе облучения водной суспензии (CdS)х(ZnTe)1_х при разных длинах волн в течение 5 часов
[Н+] • 103, нмоль/л Образец X = 364нм X = 490нм X = 540нм X = 590нм X = 670нм
СёБ 456,2 9,42 - - -
(Сё8)о,9(2пТе)о,1 119,52 12,о9 4,11 - -
(Сё8)о,75^пТе)о,25 2о,о9 - - - -
(СёБ)о,5(2пТе)о,5 5,12 3,15 1,28 1,о1 о,96
(СёБ)о,25^пТе)о,75 3,75 2,36 1,74 о,55 -
(СёБ)о,1(2пТе)о,9 1,45 о,9 о,39 - -
2пТе 1,о5 о,96 о,54 - -
Изменение концентрации ионов водорода в процессе облучения водной суспензии наиболее интенсивно протекает при X = 364 нм.
Результаты хроматографического анализа (X, = 364нм)
Таблица 2
Концентрация Х, % Образец Х кислорода Хводорода
СёБ 19,42 8о,58
(СёБ)о,9(2пТе)о,1 27,75 72,25
О 20 40 60 80 100
С (К, мол. %
Рис. 1. Зависимость выделения ионов водорода из водной суспензии от состава системы СёБ^пТе (Х=364нм)
Как показали исследования, теллурид цинка, а также твердые растворы, содержащие 50, 75 и 90 мол. % 2пТе, значительной фотокаталитической активностью в реакции разложения воды не обладают. Возможно, это связано с влиянием свойств легирующей примеси -2пТе.
Фотокаталитическую реакцию часто рассматривают как окислительно-восстановительную. При межзонном фотовозбуждении при всем многообразии процессов захвата, рекомбинации и транспорта носителей в твердом теле достаточно быстро устанавливаются стационарные концентрации электронов и дырок на поверхности. Фотогенерированные носители на поверхности выступают в роли восстановителей и окислителей [6 - 8].
Реакция фотолиза воды для гетерогенных систем катализатор - среда водная суспензия представляется как:
2Н2О - 4 е ^ О2 + 4 Н+
2Н2О + 2 е ^ Н2 + 2 ОН-Н+ + е8 ^ Н- (Н- + •Н ^ Н2)
ОН- + ^ ОН- (ОН- + •ОН ^ О2 + Н2) или
2Н2О + К ^ Н2 + О2 + Н2 + К
из 2 Н+ из 2 ОН-
При облучении полупроводников системы СёБ^пТе при разных длинах волн наибольшая концентрация ионов водорода в водной суспензии при X = 364нм отмечалась для СёБ ([Н+] • 103 = 457,09 нмоль/л) и для (СёБ)0,9(2пТе)0,1 ([Н+] • 103 = 120,23 нмоль/л). Об этом свидетельствуют результаты хроматографического анализа (см. табл. 2).
Библиографический список
1. Замараев, К. И. Фотокаталитическое преобразование солнечной энергии : гетерогенные, гомогенные и молекулярно-организованные системы : сб. науч. тр. / К. И. Замараев,
B. Н. Пармон. - Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1991. - 358 с.
2. Саката, Т. Фотосинтез и фотокатализ на полупроводниковых порошках / Т. Саката, Т. Каваи // Энергетические ресурсы сквозь призму фотохимии и катализа. - М. : Мир, 1986. - С. 361 - 388.
3. Кировская, И. А. Катализ. Полупроводниковые катализаторы : монография / И. А. Кировская. -Омск : Изд-во ОмГТУ, 2004. - 272 с.
4. Пармон, В. Н. Разработка физико-химических основ преобразования солнечной энергии путем разложения воды в молекулярных фотокаталитических системах : дис. ... д-ра. хим. наук / В. Н. Пармон. -Новосибирск, 1984. - 680 с.
5. Энергетические ресурсы сквозь призму фотохимии и катализа : пер с англ. / под ред. Гретцель М. - М. : Мир, 1986. - 632с.
6. Шафирович, В. Я. Фотоперенос электрона, сопряженный с каталитическими окислительно-восстановительными процессами в организованных молекулярных системах : дис. . д-ра хим. наук / В. Я. Шафирович. - Черноголовка, 1987. - 346 с.
7. Кучмий, С. Я. Фотокаталитические окислительно-восстановительные реакции с участием лабильных координационных соединений переходных металлов : дис. д-ра хим. наук /
C. Я. Кучмий. - Киев, 1990. - 416 с.
8. Савинов, Е. Н. Фотокатализ окислительно-восстановительных реакций в водных растворах с участием дисперсных металлов и полупроводников : дис. ... д-ра хим. наук / Е. Н. Савинов. - Новосибирск, 1993. - 344 с.
