References

chemicallytech

Fine Chemical Technologies

Тонкие химические технологии

2410-65932686-7575

MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).

chemicallytech-265

Research Article

CHEMISTRY AND TECHNOLOGY OF INORGANIC MATERIALS

ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Nanosized phases with titanium(IV) oxides. Preparation. Characterisation. Properties

Наноразмерные системы c оксидами титана(IV). Получение. Характеризация. Свойства

Кузьмичёва

Г. М.

Kuzmicheva

G. M.

Кафедра материаловедения и технологии функциональных материалов и структур

galina_kuzmicheva@list.ru

Московский технологический университет (Институт тонких химических технологий), 119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86РоссияMoscow Technological University (Institute of Fine Chemical Technologies), 86, Vernadskogo pr., Moscow 119571Russian Federation

2015

28122015

106536

2015

Кузьмичёва Г.М.

Kuzmicheva G.M.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/265

The solid state of samples (crystal, paracrystal, nanocrystal, amorphous), the main features of nanoobjects, their dimensional hierarchy and peculiarities of properties are considered. The main methods of studying the сomposition, substructure and microstructure characteristics of nanosized compounds are proved. The basic method is X-ray study with specific effects on a diffraction picture. By the example of samples with anatase and η-phase structures obtained by the sulfate method the results of a complex of techniques (wide-angle and small-angle X-ray diffraction, synchrotron radiation, low temperature absorption of nitrogen, IR-spectroscopy, Raman spectroscopy) for the determination of the composition and structure of nanoparticles and their functional characteristics are shown. A relationship of some characteristics and preparation conditions of samples with parameters of the adsorption and photocatalytic properties is found.

Рассмотрены состояния твердого тела (кристаллическое, паракристаллическое, нанокристаллическое, аморфное), особенности нанообъектов, их размерная иерархия и специфика свойств. Обоснован выбор методов изучения состава и характеристик субструктуры и микроструктуры наноразмерных веществ, главным из которых является рентгенографический с проявлениями специфических эффектов на дифракционной картине. На примере образцов со структурами анатаза и η-фазы, полученными сульфатным методом, продемонстрированы результаты применения комплекса методов (электронная микроскопия сканирующая и просвечивающая высокого разрешения, широкоугловая и малоугловая рентгенография, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, дифференциально-сканирующая калориметрия, низкотемпературная адсорбция азота, колебательная спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния света) для определения состава наночастиц и их функциональных характеристик. Показана связь ряда характеристик и условий получения образцов с параметрами адсорбционных и фотокаталитических свойств.

нанообъектыоксид титана(IV)анатазη-фазасульфатный методсоставстроениеадсорбцияфотокатализ.

nanoobjectstitanium(IV) oxidesanataseη-phasesulfate methodcompositionstructureadsorptionphotocatalysis.

References1

Ismagilov Z.R., Shikina N.V., Bessudnova E.V., Korneev D.V., Ishchenko A.V., Chesalov Yu.A., Vladimirova A.V., Ryabchikova E.I. // ChemEngTrans. 2012. V.27. P.241-248

Gnaser H., Huber B., Ziegler Ch. // Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology. 2004. V. 6. P. 505-535.

Grätzel M. // J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev. 2003. V. 4. P. 145-153.

Banerjee S., Pillai S.C., Falaras P., O’Shea K.E., Byrne J.A., Dionysiou D.D. // J. Phys. Chem. Lett. 2014. V. 5. P. 2543-2514.

Pelaez M., Nolan N. T., Pillai S. C., Seery M. K., Falaras P., Kontos A. G., Dunlop P. S. M., Hamilton J. W. J., Byrne J. A., O’Shea K. // Appl. Catal. B. 2012. V. 125. P. 331-349.

Keane D.A., McGuigan K.G., Ibanez P.F., PoloLopez M.I., Byrne J.A., Dunlop P.S.M., O’Shea K., Dionysiou, D.D., Pillai S.C. // Catal. Sci. Technol. 2014. V. 4. P. 1211-1226.

Qu Y., Duan X. // Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. P. 2568-2580.

Fujishima A., Hashimoto K., Watanabe T. TiO2 Photocatalysis: fundamentals and applications Tokyo: BKC, 1999. 242 p

Chen X., Mao S.S. // Chemical Reviews. 2007. V.107. № 7. P. 2891-2959.

Делоне Б. Н., Долбилин Н. П., Галиулин Р. В., Штогрин М. И.//Доклады АН СССР. 1976, Т. 227. №1. С. 19-21.

Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. М.: КомКнига, 2006. 592 с.

Сергеев Г.Б. Нанохимия: учебное пособие. М.: КДУ, 2006. 336 с.

Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. Киев: Академия, 2005. 185 с.

Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2005. 416 с.

Азаренков Н.А., Веревкин А.А., Ковтун Г.П. Основы нанотехнологий и наноматериалов: учебное пособие. Харьков: Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина, 2009. 69 с.

Балоян Б.М., Колмаков А.Г., Алымов М.И., Кротов А.М. Наноматериалы. Классификация, особенности свойств, применение и технология получения: учебное пособие. М.: Международный университет природы, общества и человека «Дубна» филиал «Угреша», 2007. 125 с.

Андриевский Р.А., Глезер А.М. // Физика металлов и металловедение. 1999. Т. 88. № 1. С. 50-73.

Глезер А.М. // Рос. хим. журнал. 2002. Т. XLVI. № 5. С. 57-63.

Sunajadevi K.R., Sugunan S..//React. Kinet. Catal. Lett. 2004. V. 82. P. 11-25.

Андриевский Р.А., Глезер А.М. // Физика металлов и металловедение. 2000. Т. 89. № 1. С. 91-112.

Ищенко А.А., Фетисов Г.В., Асланов Л.А. Нанокремний: свойства, получение, применение, методы исследования и контроля. М.: Физматлит, 2011. 648 с.

Елисеев А.А., Лукашин А.В. Функциональные наноматериалы. М.: Физматлит, 2010. 450 с.

Gleiter H. // Acta Mater. 2000. V. 48. P. 1-29.

Малыгин А.А. // Соросовский образовательный журнал. 2004. Т. 8. № 1. С. 32-37.

Сергеев Г.Б. // Рос. хим. журнал. 2002. Т. 46. С. 22-99.

Лякишев Н.П. // Вестник РАН. 2003. Т. 73. № 5. С. 422-428.

Цыбуля С.В., Черепанова С.В. Введение в структурный анализ нанокристаллов: учебное пособие. Новосибирск: Изд-во НГУ, 2008. 92 с.

Фетисов Г.В., Ищенко А.А., Тафеенко В.А., Der Jang Liaw. // Нанотехника. 2010. № 4(24). С. 35-44.

Gupta S.K., Desai Rucha, Jha$ P.K., Sahoo S.P., Kirin D. Article On line. 25 September 2003. Doi. 10.1002/jrs.2427

Яценко Д.А. Развитие и применение методов моделирования рентгеновских дифракционных картин для структурной диагностики порошковых наноматериалов: автореф. дис. . . . канд. физ.-мат. наук. Новосибирск: Ин-т неорган. химии им. А.В. Николаева СО РАН, 2013. 22 с.

Dadachov M., Novel titanium dioxide, process of making and method of using same. US 2006/0171877.

Кузьмичева Г.М., Савинкина Е.В., Чернобровкин М.Г., Титов Д.Н., Демина П.А., Оболенская Л.Н., Брук Л.Г., Яковенко А.Г. // Неорган. материалы. 2011. Т. 47. № 7. С. 838-844.

Kuzmicheva G.M., Savinkina E.V., Obolenskaya L.N., Zubavichus Ya V., Murzin V.Yu, Podbelskiy V.V., Sadovskaya N.V. // J. of Nanoparticle Research. 2015. V. Issue 10. P. 406-410.

Урусов В.С., Теоретическая кристаллохимия. Изд-во МГУ, 1987. 272 с.

Кузьмичева Г.М., Гайнанова А.А., Подбельский В.В. Technol-1. Моделирование дифрактограмм двухфазных смесей наноразмерных образцов с диоксидом титана со структурой анатаза и η-TiO2. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014660201 (02.10.2014).

Jerman Z. // Collect. Czechosl. Chem. Commun. 1966. Bd. 31. S. 3280-3286.

Кузьмичева Г.М., Гайнанова А.А., Орехов А.С., Клечковская В.В., Садовская Н.В., Чернышев В.В. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 6. C. 1008-1014.

Оболенская Л.Н., Кузьмичёва Г.М., Савинкина Е.В., Жилкина А.В., Садовская Н.В., Прокудина Н.А., Чернышев В.В. // Изв. РАН. Серия химическая. 2012. № 11. С. 2032-2038.

Kuz’micheva G.M., Domoroshchina E.N., Savinkina E.V., Obolenskaya L.N. / In book: Titanium Dioxide / Ed. J. Brown. Ch. 9. Nanosized Titania with Anatase Structure: Synthesis, Characterization, Applications and Environmental Effects. Nova Sience Publishers, Inc. 2014. P. 177-227.

Савинкина Е.В., Кузьмичева Г.М., Оболенская Л.Н., Доморощина Е.Н. Способ получения наноразмерной η-модификации диоксида титана: пат. 2469954 Рос. Федерация. № 2011102265/05; заявл. 21.01.2011; опубл. 20.12.2012. Бюл. № 35.

Li G., Li L., Boerio-Goates J., Woodfield B. // J. Amer. Chem. Soc. 2005. V. 127. P. 8659-8666.

Yang Q., Xie C., Xu Z., Gao Z., Du Y. // J. Phys. Chem. B. 2005. V. 109. P. 5554-5560.

Кострикин А.В., Кузнецова Р.В., Косенкова О.В. // Вопросы современной науки и практики. РУДН. 2007. № 2. С. 185-192

.Qian L., Du Z.L., Yang S.Y., Jin Z.S. // J. Mol. Struc. 2005. V. 749. P. 103-107.

Yan M., Chen F., Zhang J., Anpo M. // J. Phys. Chem. B. 2005. V. 119. P. 8673-8678.

Bezrodna Т., Puchkovska Т., Shymanovska V., Baran J., Patajczak H. // J. Molec. Struct. 2004. V. 700. P. 175-181.

Оболенская Л.Н., Демина П.А., Гайнанова А.А., Зыбинский А.М., Доморощина Е.Н., Савинкина Е.В., Кузьмичева Г.М. // Нанотехнологии. Экология. Производство. 2013. № 6(25). С. 41-45.

Gainanova A., Kuzmicheva G., Kopylova E., Dorokhov A. // Abstr.. 14th European Conference on Solid State Chemistry (ECSSC14). 7-10 July 2013, Bordo, France. Р.127

Денисова Т.А. Состояние воды в гидратированных диоксидах титана и олова.: автореф дис... канд. хим. наук. Екатеринбург: Институт химии. Уральское отделение РАН, 1985. 24 с.

Muhlebach J., Muller K., Schwarzenbach G., Inorg. Chem. 1970. V. 9. N 11. P. 2381-2390.

Cheng H., Ma J., Zhao z., Qi L. // Chem. Mater. 1995. V. 7. P. 663-668.

Dadachov M., Novel adsorbents and process of making and using same. US 2006/0144793.

Zhang J., Li M., Feng Z., Chen J., Li C. J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. Р. 927-935.

Ivanda M. [et al.] // J. of Molecular Structure. 1999. V. 480-481. P. 641-644.

Dimitrijevic, N.M., Saponjic, Z.V., Rabatic B. M.; [et al.] // J. Phys. Chem. Lett. 2007. V. 111. 7235-7241.

Оболенская Л.Н., Запорожец М.А., Кузьмичева Г.М., Савинкина Е.В., Подбельский В.В., Амарантов С.В., Садовская Н.В., Прокудина Н.А., Авилов А.С., Николайчик. В.И. // Кристаллография.2015. Т. 60. № 3. С. 455-466.

Заграфская Р.В., Карнаухов А.П. Фенелонов В.Б. // Кинетика и катализ. 1976 Т. 17. С. 739-744.

Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость: пер. с англ. 2-е изд. М.: Мир, 1984. 306 с.

ISO 15901 - 2:2006 (E). Pore size distribution and porosity of solid materials by mercury porosimetry and gas adsorption - Part 2: Analysis of mesopores and macropores by gas adsorption.

ISO 15901-3:2007. Pore size distribution and porosity of solid materials by mercury porosimetry and gas adsorption - Part 3: Analysis of micropores by gas adsorption.

Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W., Moscou L., Pierotti R.A., Rouquerol J., Siemieniewska T. // Pure Appl. Chem. 1985. V. 57. № 4. P. 603-619.

Savinkina E., Kuzmicheva G., Obolenskaya L. // Int. J. Energy and Environment. 2012. V. 6. Is. 2. P. 268-275 .

Гайнанова А.А., Кузьмичева Г.М., Доморощина Е.Н., Серхачева Н.С., Садовская Н.В., Прокопов Н.И. // Фундаментальные исследования. 2013. № 1. Ч. 3. С. 784-788.

Чукин Г.Д., Хрусталев С.В. // Журн. физ. химии. 1973. Т. 40. № 8. С. 2055-2058.

Лучинский Г.П. Химия титана. М.: Химия, 1971. 471 с.

Meng X., Dadachov M., Korfiatis G.P., Christodoulatos C. Methods of preparing a surfaceactivated and using same in water treatment processes. US 2003/0155302.

Demina P.A., Kuz’michev A.A., Tsybinsky A.M., Obolenskaya L.N., Kuzmicheva G.M., Domoroshchina E.N., Savinkina E.V. // Applied Nanoscience. 2013. ISSN: 1176-2314. DOI 10.1007/s13204-013-0279-9.

Демина П.А., Зыбинский А.М., Кузьмичева Г.М., Оболенская Л.Н., Савинкина Е.В., Прокудина Н.А. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 3. С. 473-479.

Chen X., Mao S.S. // Chem. Rev. 2007. V. 107. № 7. P. 2891-2959.

Lin H., Huang C.P., Shah I.S., Li W., Ni C., S., Tseng Y.-H. // Applied Catalysis B: Environmenta. 2006. V. 68. Р. 1-11.

Lazar M.A., Varghese S., Nair S.S. // Catalysts. 2012. V. 2. P. 572-601.

Hashimoto K., Irie H., Fujishima A. // AAPPS Bulletin. 2007. V. 17. № 6. P. 12-29.

Xu J.-H., Li J., Dai W.-L., Cao Y., Li H., Fan K. // Appl. Catal. B. 2008. V. 79. P. 72-80.

Liu G., Zhao Y., Sun C., Li F., Lu G.Q., Cheng H.- M. // Angew. Chem. Int. Ed. 2008. Bd. 47. S. 4516-4520.

Liu G., Han C., Pelaez M., Zhu D., Liao S., Likodimos V., Kontos A.G., Falaras P., Dionysiou D.D. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2013. V. 372. P. 58-65.

Periyat P., McCormack D.E., Hinder S.J., Pillai S.C. // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. P. 3246-3253.

Katsanaki A.V., Kontos A.G., Maggos T., Pelaez M., Likodimos V., Pavlatou E.A., Dionysiou D.D., Falaras P. // Appl. Catal. B. 2013. V. 140. P. 619-625.

Zhao W., Ma W., Chen C., Zhao J., Shuai Z. // J. Am. Chem. Soc. 2004. V. 126. P. 4782-4783.

Ma X., Dai Y., Guo M., Huang B. // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. P. 24496-24502.

Савинкина Е.В., Оболенская Л.Н., Кузьмичева Г.М., Дорохов А.В., Цивадзе А.Ю. // Докл. АН. 2011. Т. 441. № 3. С. 342-344.

Оболенская Л.Н., Доморощина Е.Н., Савинкина Е.Н., Кузьмичева Г.М. // Фундаментальные исследования. 2013. № 1. Ч. 3. С. 796-801.

Замилацков И.А., Савинкина Е.В., Волов А.Н., Григорьев М.С., Лонин И.С., Оболенская Л.Н., Пономарев Г.В., Койфман О.И., Кузьмичева Г.М., Цивадзе А.Ю.// Микрогетероциклы. 2012. Т. 5. № 4-5. С. 308-314

Savinkina E., Obolenskaya L., Kuzmicheva G. // Applied Nanoscience. 2015. V. 5. Is. 1. P. 125-133.

Obolenskaya L. N., Kuzmicheva G. M., Savinkina E. V. , Gainanova A. A., Zubavichus Ya. V., Murzin V. Yu., Sadovskaya N. V.. CrysEngComm. 2015. V. 17. P. 7113 - 7123.

Оболенская Л.Н., Савинкина Е.Н., Кузьмичева Г.М. Способ приготовления титаноксидного фотокатализатора, активного в видимой области спектра: пат. 2520100 Рос. Федерация. № 2012150899/04; заявл. 28.11.1012; опубл. 20.06.2014, Бюл. № 17.

Оболенская Л.Н., Кузьмичева Г.М., Зубавичус Я.В., Мурзин В.Ю., Савинкина Е.В., Садовская Н.В. Способ модифицирования марганцем наноразмерного диоксида титана: пат. №2565689 Рос. Федерация. № 2014120048/05(031984); заявл. 20.05.1014; опубл. 21.09.2015.

Кузьмичева Г.М., Гайнанова А.А., Кабачков Е.Н., Садовская Н.В., Дорохов А.В. Способ приготовления фотокатализатора на основе η-модификации диоксида титана, допированного ванадием, активного в видимой области спектра: пат. 2540336 Рос. Федерация. № 2013153716/04; заявл. 04.12.2013; опубл. 10.02.2015. Бюл. №4.

Zhang J., Xu Q., Feng Z.C., Li M.J., Li C. // Angew. Chem. Int. Ed. 2008. V. 47. P. 1766-1769.

Scanlon D.O., Dunnill C.W., Buckeridge J., Shevlin S.A., Logsdail A.J., Woodley S.M., Catlow C.R.A., Powell M.J., Palgrave R.G., Parkin I.P.,. Watson G.W, Keal T.W., Sherwood P., Walsh A., Sokol A.A. // Nature Mater. 2013. V. 12. P. 798-801.

Kho Y.K., Iwase A., Teoh W.Y., Madler L., Kudo A., Amal R. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. P. 2821-2829.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.