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

DEVELOPING AND INVESTIGATING NANO-SIZED COMPOSITE PHOTOCATALYSTS IN A BROAD SPECTRAL BAND, BASED ON COBALT-MODIFIED TITANIUM DIOXIDE T.A. Sedneva, M.L. Belikov, E.P. Lokshin I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology o f Rare Elements and Mineral Raw Materials o f the Kola Science Centre o f the RAS, Apatity, Russia Abstract Synthesis conditions for multiphase composites based on titanium(IV) and cobalt(II) oxides in a broad range of ratios have been developed. The correlations between the phase compositions and texture properties with synthesis conditions of the composites, some of which are mesoporous, nano-sized and photocatalytically active in visible light, have been investigated. Keywords: titanium dioxide, doping, cobalt, oxides, titanates, multiphase composites, specific surface, photocatalytic activity, visible light. Эффективное использование солнечной энергии в фотокаталитических процессах разрушения органических загрязнений известным фотокатализатором (ФК) TiO 2 связано с необходимостью повышения его фотокаталитической активности (ФКА) в видимой области за счет создания на его базе оксидных композитов с шириной запрещенной зоны (ШЗЗ) менее 3.1 эВ. В связи с этим разработка методов модификации оптических свойств TiO 2 в области X>400 нм представляет практический интерес [1, 2]. Расширение спектрального диапазона ФКА возможно легированием TiO 2 иновалентными катионами, в том числе и Со2+. Введение в ФК узкозонного полупроводника, каким является СоО (ШЗЗ=0.7 эВ [3], X= 1770 нм), возможно, придаст ему активность в видимой области спектра. В работе исследовали композиционные материалы на основе диоксида титана, полученные в процессе совместного гидролиза минеральных солей Ti и Co в аммиачной воде с последующей термообработкой [4]. Цель работы - изучение особенностей формирования композитов в системе Ti-О -Со с широкими интервалами допирования 0.5+60 мас. % Со и температуры термообработки (80-1150оС), направленное на разработку более доступных фотокатализаторов ФК, активных в видимом спектральном диапазоне. Продукты синтеза охарактеризованы методами химического анализа, низкотемпературной адсорбции азота (БЭТ; FlowSorb II 2300; TriStar 3020 V1. 03), термогравиметрии (NETZSCH STA 409 PC/PG) а также методами химического и рентгенофазового анализа (РФА; дифрактометр ДРОН-3; излучение CuKa) и РЭМ- микроскопии (SEM LE0-420). ФКА оценивали по степени обесцвечивания ферроина (ФЭК-56 ПМ). Допирование T i0 2 в количествах 0.5+60 мас. % Co обусловливает получение нанодисперсных порошков (7-12 нм) со свободной удельной поверхностью от 180-320 м 2 /г, содержащих до 6 . 6 мас. % NH4+ и 1.1 мас. % Cl-. При низком уровне допирования 0.5-1.0 мас. % Co продукты гидролиза содержат 80 мас. % T i0 2, что близко к формуле T i0 (0H ) 2 (81.6 мас.% T i02). Повышение температуры термообработки ведет к закономерному сокращению удельной поверхности порошков и укрупнению частиц (рис. 1 ). а б S, м /г d, нм t,oC t,oC Рис.1. Зависимость удельной поверхности (а) и размера частиц (б) Со-модифицированных образцов диоксида титана от температуры термообработки и содержания Со Термический и термогравиметрический анализы, наряду с данными химического анализа и РФА, указывают на рентгеноаморфный характер продуктов гидролиза. Термограммы Со-модифицированных продуктов схожи с термограммой T i0 2, что указывает на гидроксидную природу продуктов совместного 460