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

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.

нанообъекты, оксид титана(IV), анатаз, η-фаза, сульфатный метод, состав, строение, адсорбция, фотокатализ.

1. 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

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

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

4. 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.

5. 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.

6. 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.

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

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

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

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

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

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

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

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

15. 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.

16. 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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

30. 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.

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

32. 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.

33. 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.

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

35. 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).

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

37. 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.

38. 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.

39. 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.

40. 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.

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

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

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

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

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

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

47. 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.

48. 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

49. 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.

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

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

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

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

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

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

56. 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.

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

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

59. 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.

60. 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.

61. 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.

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

63. 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.

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

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

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

67. 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.

68. 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.

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

70. 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.

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

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

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

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

75. 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.

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

77. 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.

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

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

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

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

82. 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

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

84. 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.

85. 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.

86. 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.

87. 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.

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

89. 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.

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