Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

УДК541.182.6:546.824-31 '31 ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ И ТЕКСТУРА ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ В ВИДИМОМ СВЕТЕ НАНОКОМПОЗИТОВ НА БАЗЕ ТІО 2 , МОДИФИЦИРОВАННОГО Ni И Cu В НАТРИЕВОЙ ЩЕЛОЧИ Т.А. Седнева, М Л . Беликов, Э.П. Локшин, А.Т. Беляевский Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия Аннотация Разработаны условия синтеза полифазных композитов на основе оксидов титана(ІѴ) и меди(іі) или никеля(іі) в широком интервале их соотношений. Рассмотрены корреляции между фазовыми составами и текстурными свойствами с условиями синтеза композитов, некоторые из которых мезопористы, нанодисперсны и фотокаталитически активны при видимом свете. Ключевые слова: диоксид титана, допирование, медь, никель, оксиды, титанаты, полифазные композиты, удельная поверхность, фотокаталитическая активность, видимый свет. PHASE TRANSITIONS AND TEXTURE OF TiO2-BASED NANO-COMPOSITES MODIFIED WITH Ni AND Cu IN SODIC ALKALI AND PHOTOCATALYTICALLY ACTIVE IN THE VISIBLE LIGHT T.A. Sedneva, M.L. Belikov, E.P. Lokshin, A.T. Beljaevskij I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology o f Rare Elements and Mineral Raw Materials o f the Kola Science Center o f the RAS, Apatity, Russia Abstract Synthesis conditions for multiphase composites based on titanium(IV) and copper(II) or nickel(II) oxides in various ratios have been developed. Correlation among phase compositions and texture properties and synthesis conditions for the composites, some of which are mesoporous, nano-sized and photocatalytically active in visible light are discussed. Keywords: titanium dioxide, doping, copper, nickel, oxides, titanates, multiphase composites, specific surface, photocatalytic activity, visible light. Создание и исследование наноразмерных материалов на основе TiO 2 , обладающего высокой фотокаталитической активностью (ФКА) только при ультрафиолетовом облучении (УФ), обусловленной шириной запрещенной зоны (ТТТТТТ.З) TiO 2 (3.2 эВ), вызвано стремлением более эффективного использования солнечной энергии в процессах окисления токсичных органических соединений в водных и воздушных средах. Повышению ФКА способствует легирование TiO 2 некоторыми иновалентными катионами [1]. Расширению спектрального диапазона ФКА в видимую и инфракрасную области легированием TiO 2 иновалентными W6+ и Nb5+ посвящены предыдущие работы [2, 3]. Однако хотелось бы предложить более доступные Cu и Ni. Авторами [4-6] были изучены некоторые аспекты формирования структуры продуктов легирования TiO 2 медью и никелем. В них отмечен сдвиг края фундаментального поглощения композитов в длинноволновую область. Этот сдвиг объясняют величиной ТТТТТТЗ CuO, которая значительно ниже ТТТТТТЗ TiO 2 и может быть равна 0.6^2.05, а у NiO 1.8 эВ [7]. Публикации имеют разночтения, которые можно связать с различным генезисом материалов, структурой и составом [4-9]. В настоящей работе исследовали композиционные материалы на основе диоксида титана, полученные в процессе совместного щелочного гидролиза минеральных солей Ti и Cu или Ni с последующей термообработкой осадков гидроксидов. Необходимую глубину гидролиза обеспечивала NaOH. Цель работы - изучение особенностей формирования композитов на основе TiO 2 в интервалах допирования 0.5^60 мас. % Cu или Ni и их корреляции с ФКА. Продукты синтеза охарактеризованы методами химического анализа, низкотемпературной адсорбции азота (БЭТ; FlowSorb II 2300; TriStar 3020 V1. 03), термогравиметрии в атмосфере аргона (NETZSCH STA 409 PC/PG), а также методами химического и рентгенофазового анализа (РФА; дифрактометр ДРОН-3; излучение CuKa- состав, структура) и РЭМ-микроскопии (SEM LEO-420). ФКА оценивали фотоколориметрически (ФЭК- 56 ПМ) по степени обесцвечивания ферроина при видимом и фильтрованном X> 700 нм свете. По данным РФА (рис. 1-3), в процессе гидролиза формируются рентгеноаморфные продукты. Их обработка при температурах выше 400оС приводит к ряду фазовых переходов, зависящих также от степени допирования. Особенность фазообразования заключается в кристаллизации при низких температурах и допировании первоначально титанатов натрия различного состава: Na 2 Ti 9 Oi9, Na 2 Ti 3 O7, Na 2 Ti 7 Oi 5 и пр. 455