Вплив модифікування діоксиду титану сіркою та вуглецем на його фізико-хімічні і фотокаталітичні властивості
The nanocomposites based on TiO2 doped with sulfur (S/TiO2), carbon (C/TiO2), carbon and sulfur (S/C/TiO2) have been obtained. The powders were characterized by XRD, XPS, BET, SEM, EDX, TEM and UV-VIS spectroscopy. EDX and XPS spectroscopies prove that titanium dioxide powder includes only Ti and O...
Gespeichert in:
| Datum: | 2019 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2019
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/522 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543913348694016 |
|---|---|
| author | Shapovalova, M. V. Khalyavka, T. A. Khyzhun, O. Y. Shcherban, N. D. Permyakov, V. V. Scherbakov, S. N. |
| author_facet | Shapovalova, M. V. Khalyavka, T. A. Khyzhun, O. Y. Shcherban, N. D. Permyakov, V. V. Scherbakov, S. N. |
| author_sort | Shapovalova, M. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:03:05Z |
| description | The nanocomposites based on TiO2 doped with sulfur (S/TiO2), carbon (C/TiO2), carbon and sulfur (S/C/TiO2) have been obtained. The powders were characterized by XRD, XPS, BET, SEM, EDX, TEM and UV-VIS spectroscopy. EDX and XPS spectroscopies prove that titanium dioxide powder includes only Ti and O elements, composites C/TiO2 include the elements Ti, O, C, composites S/TiO2 - Ti, O, S and composites C/S/TiO2 - Ti, O, C, and S.XRD analysis revealed phase of anatase in all composites, rutile phase appeared with increasing of sulfur amount in sulfur-containing powders. It has been found that composites consist of roundish agglomerates in the range of 5–30 mm. Sulfur additives decrease grain growth of titanium dioxide particles from 14 to 9–10 nm in S/TiO2 composites, carbon leads to increase in particle size from 14 to 19 nm, simultaneous modification of titanium dioxide by carbon and sulfur leads to the formation of particles with sizes of 7–8 nm.Analysis of nitrogen sorption–desorption isotherms for all synthesized samples has shown the presence of a hysteresis loop which is the evidence for mesoporous structure of the powders. The isotherms correspond to type IV of IUPAC classification for mesoporous materials with H1 type for C/TiO2 and H2 type for S/TiO2, and C/S/TiO2 of hysteresis loop. The modification of TiO2 by carbon and sulfur leads to increase of specific surface area (of about 1.8 times in the case of C/TiO2, about 3.3 times for S/TiO2 and about 4.7 times for C/S/TiO2), average pore volume and decrease of radius pore volume compared with TiO2.Absorption spectra of nanocomposites showed a bathochromic shift as compared with the absorption band of pure TiO2. It has been found that modification leads to band gap narrowing. Nanocomposite samples showed higher photocatalytic activity in the destruction of safranine T under UV and visible irradiation compared to pure TiO2. It may be related to the participation of dopants in the inhibition of electron-hole recombination, prolongation of charges lifetime, increasing efficiency of interfacial charge separation and formation of doping electronic states. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:48Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-522 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:05Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5222022-06-29T10:03:05Z The influence of titanium dioxide modification by sulfur and carbon on physico-chemical and photocatalytic properties Влияние модифицирования диоксида титана серой и углеродом на его физико-химические и фотокаталитические свойства Вплив модифікування діоксиду титану сіркою та вуглецем на його фізико-хімічні і фотокаталітичні властивості Shapovalova, M. V. Khalyavka, T. A. Khyzhun, O. Y. Shcherban, N. D. Permyakov, V. V. Scherbakov, S. N. nanocomposites titanium dioxide carbon sulfur safranine T photocatalytic activity нанокомпозити діоксид титану вуглець сірка сафранін Т фотокаталітична активність нанокомпозиты диоксид титана углерод сера сафранин Т фотокаталитическая активность The nanocomposites based on TiO2 doped with sulfur (S/TiO2), carbon (C/TiO2), carbon and sulfur (S/C/TiO2) have been obtained. The powders were characterized by XRD, XPS, BET, SEM, EDX, TEM and UV-VIS spectroscopy. EDX and XPS spectroscopies prove that titanium dioxide powder includes only Ti and O elements, composites C/TiO2 include the elements Ti, O, C, composites S/TiO2 - Ti, O, S and composites C/S/TiO2 - Ti, O, C, and S.XRD analysis revealed phase of anatase in all composites, rutile phase appeared with increasing of sulfur amount in sulfur-containing powders. It has been found that composites consist of roundish agglomerates in the range of 5–30 mm. Sulfur additives decrease grain growth of titanium dioxide particles from 14 to 9–10 nm in S/TiO2 composites, carbon leads to increase in particle size from 14 to 19 nm, simultaneous modification of titanium dioxide by carbon and sulfur leads to the formation of particles with sizes of 7–8 nm.Analysis of nitrogen sorption–desorption isotherms for all synthesized samples has shown the presence of a hysteresis loop which is the evidence for mesoporous structure of the powders. The isotherms correspond to type IV of IUPAC classification for mesoporous materials with H1 type for C/TiO2 and H2 type for S/TiO2, and C/S/TiO2 of hysteresis loop. The modification of TiO2 by carbon and sulfur leads to increase of specific surface area (of about 1.8 times in the case of C/TiO2, about 3.3 times for S/TiO2 and about 4.7 times for C/S/TiO2), average pore volume and decrease of radius pore volume compared with TiO2.Absorption spectra of nanocomposites showed a bathochromic shift as compared with the absorption band of pure TiO2. It has been found that modification leads to band gap narrowing. Nanocomposite samples showed higher photocatalytic activity in the destruction of safranine T under UV and visible irradiation compared to pure TiO2. It may be related to the participation of dopants in the inhibition of electron-hole recombination, prolongation of charges lifetime, increasing efficiency of interfacial charge separation and formation of doping electronic states. Получены нанокомпозитные материалы на основе TiО2, допированные серой (S/TiO2), углеродом (C/TiO2), углеродом и серой (S/C/TiO2). Порошки были охарактеризованы методами РФА, РФЭС, БЭТ, СЭМ, ЭДС, ТЭМ, УФ и видимой спектроскопии. С помощью методов РФЭС и ЭДС показано, что порошок диоксида титана содержит только элементы Ti и O, композиты C/TiO2 содержат Ti, O, C, композиты S/TiO2 - Ti, O, S, и композиты C/S/TiO2 - Ti, O, C и S.Рентгенофазовый анализ показал наличие фазы анатаза во всех композитах, появление рутила зафиксировано только с увеличением количества серы в серосодержащих порошках. Установлено, что композиты состоят из агломератов округлой формы размерами около 5–30 мкм. Выявлено, что модифицирование серой приводит к уменьшению размера частиц диоксида титана с 14 до 9–10 нм в композитах S/TiO2, допирование углеродом приводит к увеличению размера частиц с 14 до 19 нм, а одновременное модифицирование диоксида титана углеродом и серой приводит к образованию частиц размером 7–8 нм.Анализ изотерм сорбции-десорбции азота для всех синтезированных образцов показал наличие петли гистерезиса, что свидетельствует о мезопористой структуре порошков. Изотермы соответствуют типу IV классификации IUPAC для мезопористых материалов с формой петли гистерезиса H1 для C/TiO2 и H2 для S/TiO2 и C/S/TiO2. Модифицирование TiO2 углеродом и серой приводит к увеличению удельной поверхности (в 1.8 раза в случае C/TiO2, 3.3 раза для S/TiO2 и 4.7 раза для C/S/TiO2), среднего объема пор и уменьшению радиуса пор по сравнению с TiO2.В спектрах поглощения нанокомпозитов наблюдается батохромный сдвиг по сравнению со спектром чистого диоксида титана. Установлено, что модифицирование приводит к сужению ширины запрещенной зоны. Нанокомпозиты проявили более высокую фотокаталитическую активность в реакции деструкции сафранина Т под воздействием УФ и видимого облучения по сравнению с чистым TiO2. Это может быть связано с участием допантов в ингибировании рекомбинации электронов и дырок, продлением времени жизни зарядов, увеличением эффективности межфазного разделения зарядов и формированием дополнительных электронных уровней. Отримано нанокомпозитні матеріали на основі TiO2, доповані сіркою (S/TiO2), вуглецем (C/TiO2), вуглецем і сіркою (S/C/TiO2). Порошки охарактеризовано методами РФА, РФЕС, BET, СEM, ЕДС, TEM і УФ та видимою спектроскопією. За допомогою методів РФЕС та ЕДС показано, що порошок діоксиду титану містить тільки елементи Ti і O, композити C/TiO2 містять елементи Ti, O, C, композити S/TiO2 - Ti, O, S і композити C/S/TiO2 – Ti, O, C і S.Ренгенофазовий аналіз виявив наявність фази анатазу в усіх композитах, поява рутилу зафіксована лише зі збільшенням кількості сірки в сірковмісних порошках. Встановлено, що композити складаються з круглястих агломератів розмірами 5–30 мкм. Виявлено, що модифікування сіркою призводить до зменшення розміру часток діоксиду титану з 14 до 9–10 нм в композитах S/TiO2, допування вуглецем призводить до збільшення розміру частинок від 14 до 19 нм, а одночасне модифікування діоксиду титану вуглецем і сіркою призводить до утворення частинок розміром 7–8 нм.Аналіз ізотерм сорбції–десорбції азоту для всіх синтезованих зразків показав наявність петлі гістерезису, що свідчить про мезопористу структуру порошків. Ізотерми відповідають IV типу класифікації ІUPAC для мезопористих матеріалів з формою петлі гістерезису H1 для C/TiO2 та H2 для S/TiO2 і C/S/TiO2. Модифікування TiO2 вуглецем та сіркою призводить до збільшення питомої поверхні (в 1.8 разів у випадку C/TiO2, 3.3 рази для S/TiO2 і 4.7 разів для C/S/TiO2), середнього об’єму пор і зменшення радіусa пор порівняно з TiO2.У спектрах поглинання нанокомпозитів спостерігається батохромний зсув у порівнянні зі смугою поглинання чистого діоксиду титану. Виявлено, що модифікування призводить до звуження ширини забороненої зони. Нанокомпозитні зразки виявили більш високу фотокаталітичну активність у реакції деструкції сафраніну Т при УФ та видимому опроміненні порівняно з чистим TiO2. Це може бути пов’язано з участю допантів в інгібуванні процесу рекомбінації електронів та дірок, продовженням часу життя зарядів, підвищенням ефективності міжфазового розподілу зарядів і формуванням додаткових електронних рівнів. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2019-11-26 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/522 10.15407/hftp10.04.377 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 10 No. 4 (2019): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 377-388 Химия, физика и технология поверхности; Том 10 № 4 (2019): Химия, физика и технология поверхности; 377-388 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 10 № 4 (2019): Хімія, фізика та технологія поверхні; 377-388 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp10.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/522/525 Copyright (c) 2019 M. V. Shapovalova, T. A. Khalyavka, O. Y. Khyzhun, N. D. Shcherban, V. V. Permyakov, S. N. Scherbakov |
| spellingShingle | нанокомпозити діоксид титану вуглець сірка сафранін Т фотокаталітична активність Shapovalova, M. V. Khalyavka, T. A. Khyzhun, O. Y. Shcherban, N. D. Permyakov, V. V. Scherbakov, S. N. Вплив модифікування діоксиду титану сіркою та вуглецем на його фізико-хімічні і фотокаталітичні властивості |
| title | Вплив модифікування діоксиду титану сіркою та вуглецем на його фізико-хімічні і фотокаталітичні властивості |
| title_alt | The influence of titanium dioxide modification by sulfur and carbon on physico-chemical and photocatalytic properties Влияние модифицирования диоксида титана серой и углеродом на его физико-химические и фотокаталитические свойства |
| title_full | Вплив модифікування діоксиду титану сіркою та вуглецем на його фізико-хімічні і фотокаталітичні властивості |
| title_fullStr | Вплив модифікування діоксиду титану сіркою та вуглецем на його фізико-хімічні і фотокаталітичні властивості |
| title_full_unstemmed | Вплив модифікування діоксиду титану сіркою та вуглецем на його фізико-хімічні і фотокаталітичні властивості |
| title_short | Вплив модифікування діоксиду титану сіркою та вуглецем на його фізико-хімічні і фотокаталітичні властивості |
| title_sort | вплив модифікування діоксиду титану сіркою та вуглецем на його фізико-хімічні і фотокаталітичні властивості |
| topic | нанокомпозити діоксид титану вуглець сірка сафранін Т фотокаталітична активність |
| topic_facet | nanocomposites titanium dioxide carbon sulfur safranine T photocatalytic activity нанокомпозити діоксид титану вуглець сірка сафранін Т фотокаталітична активність нанокомпозиты диоксид титана углерод сера сафранин Т фотокаталитическая активность |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/522 |
| work_keys_str_mv | AT shapovalovamv theinfluenceoftitaniumdioxidemodificationbysulfurandcarbononphysicochemicalandphotocatalyticproperties AT khalyavkata theinfluenceoftitaniumdioxidemodificationbysulfurandcarbononphysicochemicalandphotocatalyticproperties AT khyzhunoy theinfluenceoftitaniumdioxidemodificationbysulfurandcarbononphysicochemicalandphotocatalyticproperties AT shcherbannd theinfluenceoftitaniumdioxidemodificationbysulfurandcarbononphysicochemicalandphotocatalyticproperties AT permyakovvv theinfluenceoftitaniumdioxidemodificationbysulfurandcarbononphysicochemicalandphotocatalyticproperties AT scherbakovsn theinfluenceoftitaniumdioxidemodificationbysulfurandcarbononphysicochemicalandphotocatalyticproperties AT shapovalovamv vliâniemodificirovaniâdioksidatitanaserojiuglerodomnaegofizikohimičeskieifotokatalitičeskiesvojstva AT khalyavkata vliâniemodificirovaniâdioksidatitanaserojiuglerodomnaegofizikohimičeskieifotokatalitičeskiesvojstva AT khyzhunoy vliâniemodificirovaniâdioksidatitanaserojiuglerodomnaegofizikohimičeskieifotokatalitičeskiesvojstva AT shcherbannd vliâniemodificirovaniâdioksidatitanaserojiuglerodomnaegofizikohimičeskieifotokatalitičeskiesvojstva AT permyakovvv vliâniemodificirovaniâdioksidatitanaserojiuglerodomnaegofizikohimičeskieifotokatalitičeskiesvojstva AT scherbakovsn vliâniemodificirovaniâdioksidatitanaserojiuglerodomnaegofizikohimičeskieifotokatalitičeskiesvojstva AT shapovalovamv vplivmodifíkuvannâdíoksidutitanusírkoûtavuglecemnajogofízikohímíčníífotokatalítičnívlastivostí AT khalyavkata vplivmodifíkuvannâdíoksidutitanusírkoûtavuglecemnajogofízikohímíčníífotokatalítičnívlastivostí AT khyzhunoy vplivmodifíkuvannâdíoksidutitanusírkoûtavuglecemnajogofízikohímíčníífotokatalítičnívlastivostí AT shcherbannd vplivmodifíkuvannâdíoksidutitanusírkoûtavuglecemnajogofízikohímíčníífotokatalítičnívlastivostí AT permyakovvv vplivmodifíkuvannâdíoksidutitanusírkoûtavuglecemnajogofízikohímíčníífotokatalítičnívlastivostí AT scherbakovsn vplivmodifíkuvannâdíoksidutitanusírkoûtavuglecemnajogofízikohímíčníífotokatalítičnívlastivostí AT shapovalovamv influenceoftitaniumdioxidemodificationbysulfurandcarbononphysicochemicalandphotocatalyticproperties AT khalyavkata influenceoftitaniumdioxidemodificationbysulfurandcarbononphysicochemicalandphotocatalyticproperties AT khyzhunoy influenceoftitaniumdioxidemodificationbysulfurandcarbononphysicochemicalandphotocatalyticproperties AT shcherbannd influenceoftitaniumdioxidemodificationbysulfurandcarbononphysicochemicalandphotocatalyticproperties AT permyakovvv influenceoftitaniumdioxidemodificationbysulfurandcarbononphysicochemicalandphotocatalyticproperties AT scherbakovsn influenceoftitaniumdioxidemodificationbysulfurandcarbononphysicochemicalandphotocatalyticproperties |