Квантовохімічне дослідження впливу модифікації діоксиду титану неметалами на його спектральні характеристики
The experimental results obtained in the study on the possibility of sensitizing titanium dioxide (polymorphic anatase phase) to the visible region of the spectrum by doping and co-doping with impurities of non-metals in order to create effective photocatalysts for the decomposition of organic compo...
Gespeichert in:
| Datum: | 2020 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/571 |
| 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| id |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-571 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2022-06-29T10:02:13Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
анатаз кисневий дефект домішка вуглецю домішка сірки РФЕС спектри квантовохімічний метод теорії функціоналу електронної густини кластерні моделі |
| spellingShingle |
анатаз кисневий дефект домішка вуглецю домішка сірки РФЕС спектри квантовохімічний метод теорії функціоналу електронної густини кластерні моделі Smirnova, O. V. Grebenyuk, A. G. Lobanov, V. V. Квантовохімічне дослідження впливу модифікації діоксиду титану неметалами на його спектральні характеристики |
| topic_facet |
anatase oxygen defect carbon impurity sulfur impurity XPS spectra UV/Vis spectra quantum chemical density functional theory (DFT) method cluster models анатаз кислородный дефект примесь углерода примесь серы РФЭС спектры квантовохимический метод теории функционала\электронной плотности кластерные модели анатаз кисневий дефект домішка вуглецю домішка сірки РФЕС спектри квантовохімічний метод теорії функціоналу електронної густини кластерні моделі |
| format |
Article |
| author |
Smirnova, O. V. Grebenyuk, A. G. Lobanov, V. V. |
| author_facet |
Smirnova, O. V. Grebenyuk, A. G. Lobanov, V. V. |
| author_sort |
Smirnova, O. V. |
| title |
Квантовохімічне дослідження впливу модифікації діоксиду титану неметалами на його спектральні характеристики |
| title_short |
Квантовохімічне дослідження впливу модифікації діоксиду титану неметалами на його спектральні характеристики |
| title_full |
Квантовохімічне дослідження впливу модифікації діоксиду титану неметалами на його спектральні характеристики |
| title_fullStr |
Квантовохімічне дослідження впливу модифікації діоксиду титану неметалами на його спектральні характеристики |
| title_full_unstemmed |
Квантовохімічне дослідження впливу модифікації діоксиду титану неметалами на його спектральні характеристики |
| title_sort |
квантовохімічне дослідження впливу модифікації діоксиду титану неметалами на його спектральні характеристики |
| title_alt |
A quantum chemical study on the effect of titanium dioxide modification with non-metals on its spectral characteristics Квантовохимическое исследование влияния модификации диоксида титана неметаллами на его спектральные характеристики |
| description |
The experimental results obtained in the study on the possibility of sensitizing titanium dioxide (polymorphic anatase phase) to the visible region of the spectrum by doping and co-doping with impurities of non-metals in order to create effective photocatalysts for the decomposition of organic compounds have been analyzed.The presence of impurity atoms appears to result in a change in the electronic structure of the titanium dioxide matrix, in the appearance of “impurity bands” and in the narrowing of the energy gap of titanium dioxide. Such a modification is accompanied by an extension of the spectral range of sensitivity of photoactive solids to the long-wavelength region of the spectrum and, therefore, can be used to improve the catalytic properties of these materials.Spectral manifestations of carbon impurities in titanium dioxide in the form of carbide and carbonate, as well as sulfur in the forms of sulfite, sulfide, and sulfate, have been studied by the density functional theory method. A Ti14H22O39 cluster model was chosen for the titanium dioxide matrix. The calculations were carried out in the framework of the cluster approximation, using functional B3LYP and basis set 6-31G (d, p).Comparison of the results of quantum chemical calculations with the available experimental data shows that the impurity sulfur and carbon atoms in titanium dioxide, which are in different coordination states and different oxidation states, appear in different spectral ranges. This circumstance makes it possible to elucidate the structure of the samples based on the experimental spectra.A change in the coordination and oxidation states of impurity atoms leads to spectral shifts and splitting of peaks, which can reach 1.5 eV (XPS). The presence of admixtures of non-metals leads to a change in color (deepening in the case of sulfide or carbide) of the samples, appearing in the corresponding UV spectra. |
| publisher |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| publishDate |
2020 |
| url |
https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/571 |
| work_keys_str_mv |
AT smirnovaov aquantumchemicalstudyontheeffectoftitaniumdioxidemodificationwithnonmetalsonitsspectralcharacteristics AT grebenyukag aquantumchemicalstudyontheeffectoftitaniumdioxidemodificationwithnonmetalsonitsspectralcharacteristics AT lobanovvv aquantumchemicalstudyontheeffectoftitaniumdioxidemodificationwithnonmetalsonitsspectralcharacteristics AT smirnovaov kvantovohimičeskoeissledovanievliâniâmodifikaciidioksidatitananemetallaminaegospektralʹnyeharakteristiki AT grebenyukag kvantovohimičeskoeissledovanievliâniâmodifikaciidioksidatitananemetallaminaegospektralʹnyeharakteristiki AT lobanovvv kvantovohimičeskoeissledovanievliâniâmodifikaciidioksidatitananemetallaminaegospektralʹnyeharakteristiki AT smirnovaov kvantovohímíčnedoslídžennâvplivumodifíkacíídíoksidutitanunemetalaminajogospektralʹníharakteristiki AT grebenyukag kvantovohímíčnedoslídžennâvplivumodifíkacíídíoksidutitanunemetalaminajogospektralʹníharakteristiki AT lobanovvv kvantovohímíčnedoslídžennâvplivumodifíkacíídíoksidutitanunemetalaminajogospektralʹníharakteristiki AT smirnovaov quantumchemicalstudyontheeffectoftitaniumdioxidemodificationwithnonmetalsonitsspectralcharacteristics AT grebenyukag quantumchemicalstudyontheeffectoftitaniumdioxidemodificationwithnonmetalsonitsspectralcharacteristics AT lobanovvv quantumchemicalstudyontheeffectoftitaniumdioxidemodificationwithnonmetalsonitsspectralcharacteristics |
| first_indexed |
2025-07-22T19:34:11Z |
| last_indexed |
2025-09-24T16:59:48Z |
| _version_ |
1844168295258783744 |
| spelling |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5712022-06-29T10:02:13Z A quantum chemical study on the effect of titanium dioxide modification with non-metals on its spectral characteristics Квантовохимическое исследование влияния модификации диоксида титана неметаллами на его спектральные характеристики Квантовохімічне дослідження впливу модифікації діоксиду титану неметалами на його спектральні характеристики Smirnova, O. V. Grebenyuk, A. G. Lobanov, V. V. anatase oxygen defect carbon impurity sulfur impurity XPS spectra UV/Vis spectra quantum chemical density functional theory (DFT) method cluster models анатаз кислородный дефект примесь углерода примесь серы РФЭС спектры квантовохимический метод теории функционала\электронной плотности кластерные модели анатаз кисневий дефект домішка вуглецю домішка сірки РФЕС спектри квантовохімічний метод теорії функціоналу електронної густини кластерні моделі The experimental results obtained in the study on the possibility of sensitizing titanium dioxide (polymorphic anatase phase) to the visible region of the spectrum by doping and co-doping with impurities of non-metals in order to create effective photocatalysts for the decomposition of organic compounds have been analyzed.The presence of impurity atoms appears to result in a change in the electronic structure of the titanium dioxide matrix, in the appearance of “impurity bands” and in the narrowing of the energy gap of titanium dioxide. Such a modification is accompanied by an extension of the spectral range of sensitivity of photoactive solids to the long-wavelength region of the spectrum and, therefore, can be used to improve the catalytic properties of these materials.Spectral manifestations of carbon impurities in titanium dioxide in the form of carbide and carbonate, as well as sulfur in the forms of sulfite, sulfide, and sulfate, have been studied by the density functional theory method. A Ti14H22O39 cluster model was chosen for the titanium dioxide matrix. The calculations were carried out in the framework of the cluster approximation, using functional B3LYP and basis set 6-31G (d, p).Comparison of the results of quantum chemical calculations with the available experimental data shows that the impurity sulfur and carbon atoms in titanium dioxide, which are in different coordination states and different oxidation states, appear in different spectral ranges. This circumstance makes it possible to elucidate the structure of the samples based on the experimental spectra.A change in the coordination and oxidation states of impurity atoms leads to spectral shifts and splitting of peaks, which can reach 1.5 eV (XPS). The presence of admixtures of non-metals leads to a change in color (deepening in the case of sulfide or carbide) of the samples, appearing in the corresponding UV spectra. Проанализированы экспериментальные результаты, полученные при изучении возможности сенсибилизации диоксида титана (полиморфной фазы анатаза) к видимой области спектра путем допирования и со-допирования примесями неметаллов с целью создания эффективных фотокатализаторов для разложения органических соединений.Присутствие примесных атомов приводит к изменению электронной структуры матрицы диоксида титана, появлению «примесных зон» и сужению энергетической щели диоксида титана. Такое модифицирование сопровождается расширением спектральной области чувствительности фотоактивных твердых тел в длинноволновую область спектра и поэтому может быть использовано для улучшения каталитических свойств этих материалов.Методом теории функционала плотности исследованы спектральные проявления примесей углерода в диоксиде титана в форме карбида и карбоната, а также серы в формах сульфита, сульфида и сульфата. В качестве модели матрицы диоксида титана выбран кластер состава Ti14H22O39. Расчеты проводились в рамках кластерного приближения с использованием функционала B3LYP и базисного набора 6-31G (d, p).Сравнение результатов квантовохимических расчета с имеющимися экспериментальными данными показывает, что примесные атомы серы и углерода в диоксиде титана, находящиеся в различном координационном состоянии и различных степенях окисления, проявляются в разных диапазонах спектров. Это обстоятельство дает возможность установить структуру образцов, исходя из экспериментальных спектров.Изменение координации и степени окисления примесных атомов приводит к спектральным сдвигам и расщеплению пиков, которые могут достигать 1.5 эВ (XPS). Присутствие примесей неметаллов приводит к изменению (углублению в случае сульфида или карбида) окраски образцов, что проявляется в соответствующих УФ спектрах. Проаналізовано експериментальні результати, отримані при вивченні можливості сенсибілізації діоксиду титану (поліморфної фази анатазу) до видимої області спектра шляхом допування та ко-допування домішками неметалів з метою створення ефективних фотокаталізаторів для розкладання органічних сполук.Присутність домішкових атомів призводить до зміни електронної структури матриці діоксиду титану, появи «домішкових зон» і звуження енергетичної щілини діоксиду титану. Таке модифікування супроводжується розширенням спектральної області чутливості фотоактивних твердих тіл у довгохвильову область спектра і тому може бути використано для поліпшення каталітичних властивостей цих матеріалів.Методом теорії функціонала електронної густини досліджено спектральні прояви домішок вуглецю в діоксиді титану у формі карбіду та карбонату, а також сірки в формах сульфіту, сульфіду і сульфату. Як моделі матриці діоксиду титану обрано кластер складу Ti14H22O39. Розрахунки проводились в рамках кластерного наближення. з використанням функціоналу B3LYP та базисного набору 6-31G (d, p). Порівняння результатів квантовохімічних розрахунків з наявними експериментальними даними свідчить, що домішкові атоми сірки і вуглецю в діоксиді титану, що знаходяться в різному координаційному стані і різних ступенях окиснення, проявляються в різних діапазонах спектрів. Ця обставина дає можливість встановити структуру зразків, виходячи з експериментальних спектрів.Зміна координації і ступеня окиснення домішкових атомів призводить до спектральних зсувів і розщепленню піків, які можуть досягати 1.5 еВ (XPS). Присутність домішок неметалів призводить до зміни (поглиблення в разі сульфіду або карбіду) забарвлення зразків, що проявляється у відповідних УФ спектрах. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-11-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/571 10.15407/hftp11.04.539 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 11 No. 4 (2020): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 539-546 Химия, физика и технология поверхности; Том 11 № 4 (2020): Химия, физика и технология поверхности; 539-546 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 11 № 4 (2020): Хімія, фізика та технологія поверхні; 539-546 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp11.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/571/577 Copyright (c) 2020 O. V. Smirnova, A. G. Grebenyuk, V. V. Lobanov |