ІЧ спектральний прояв домішкових центрів олова у діоксиді титану
It is known that titanium dioxide as photocatalyst has significant drawback - limited absorption spectrum in the ultraviolet region makes it impossible to use solar energy. To expands the absorption spectrum of TiO2, the doping of impurities (metal, non-metal, etc.) were used. They affected the elec...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2021
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/593 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543929338429440 |
|---|---|
| author | Smirnova, O. V. Grebenyuk, A. G. Lobanov, V. V. Khalyavka, T. A. Shcherban, N. D. Shapovalova, M. V. Permyakov, V. V. |
| author_facet | Smirnova, O. V. Grebenyuk, A. G. Lobanov, V. V. Khalyavka, T. A. Shcherban, N. D. Shapovalova, M. V. Permyakov, V. V. |
| author_sort | Smirnova, O. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:01:44Z |
| description | It is known that titanium dioxide as photocatalyst has significant drawback - limited absorption spectrum in the ultraviolet region makes it impossible to use solar energy. To expands the absorption spectrum of TiO2, the doping of impurities (metal, non-metal, etc.) were used. They affected the electronic structure and spectral characteristics of TiO2. The aim of our work was to investigate the influence of tin impurities on spectral characteristics of titanium dioxide using experimental and theoretical methods. The TiO2 powders modified by different amount of tin (Sn/TiO2) were synthesized by sol-gel method. The samples were characterized by SEM, EDX, FT-IR and UV-VIS spectroscopy. It has been found that Sn/TiO2 consists of fragmented agglomerates in the range of 5–10 mm. EDX spectroscopy prove that powders include Ti, O and Sn elements. Modification of titanium dioxide with tin leads to band gap narrowing of samples, which explains by insertion of Sn atoms into crystal lattice of titanium dioxide, because Ti4+ and Sn4+ ions radii are close. The band gap values increased with increasing of tin content. The work also analyzes the vibrational spectra of Sn/TiO2 both experimentally and theoretically. In order to interpret the results obtained, quantum chemical calculations on the spatial and electronic structures of cluster models of titanium dioxide (anatase) with inserted tin atoms using the density functional theory B3LYP method and the basis set 6-31G (d, p) were carried out and the corresponding FT-IR spectra have been simulated. By comparing the experimental and theoretical results, the influence has been analyzed of the number and arrangement of impurity tin atoms in clusters on the observed IR spectra of the samples. This makes it possible to forgive the most probable structural motives of titanium dioxide particles doped with tin atoms, as well as to establish the fact of the presence of tin atoms in the samples. Based on the comparison of the IR spectra of samples with different numbers of tin atoms, it is possible to quantify their composition. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:21Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-593 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:19Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5932022-06-29T10:01:44Z IR spectral manifestation of tin impurity sites in titanium dioxide ІЧ спектральний прояв домішкових центрів олова у діоксиді титану Smirnova, O. V. Grebenyuk, A. G. Lobanov, V. V. Khalyavka, T. A. Shcherban, N. D. Shapovalova, M. V. Permyakov, V. V. infrared spectra titanium oxide nanoparticles tin impurities quantum chemistry cluster models інфрачервоні спектри наночастинки оксиду титану домішки олова квантова хімія кластерні моделі It is known that titanium dioxide as photocatalyst has significant drawback - limited absorption spectrum in the ultraviolet region makes it impossible to use solar energy. To expands the absorption spectrum of TiO2, the doping of impurities (metal, non-metal, etc.) were used. They affected the electronic structure and spectral characteristics of TiO2. The aim of our work was to investigate the influence of tin impurities on spectral characteristics of titanium dioxide using experimental and theoretical methods. The TiO2 powders modified by different amount of tin (Sn/TiO2) were synthesized by sol-gel method. The samples were characterized by SEM, EDX, FT-IR and UV-VIS spectroscopy. It has been found that Sn/TiO2 consists of fragmented agglomerates in the range of 5–10 mm. EDX spectroscopy prove that powders include Ti, O and Sn elements. Modification of titanium dioxide with tin leads to band gap narrowing of samples, which explains by insertion of Sn atoms into crystal lattice of titanium dioxide, because Ti4+ and Sn4+ ions radii are close. The band gap values increased with increasing of tin content. The work also analyzes the vibrational spectra of Sn/TiO2 both experimentally and theoretically. In order to interpret the results obtained, quantum chemical calculations on the spatial and electronic structures of cluster models of titanium dioxide (anatase) with inserted tin atoms using the density functional theory B3LYP method and the basis set 6-31G (d, p) were carried out and the corresponding FT-IR spectra have been simulated. By comparing the experimental and theoretical results, the influence has been analyzed of the number and arrangement of impurity tin atoms in clusters on the observed IR spectra of the samples. This makes it possible to forgive the most probable structural motives of titanium dioxide particles doped with tin atoms, as well as to establish the fact of the presence of tin atoms in the samples. Based on the comparison of the IR spectra of samples with different numbers of tin atoms, it is possible to quantify their composition. У роботі проаналізовано коливальні спектри зразків діоксиду титану, синтезованих золь-гель методом і модифікованих різною кількістю діоксиду олова. З метою інтерпретації одержаних результатів, виконано квантовохімічні розрахунки рівноважної просторової будови та електронної структури кластерних моделей діоксиду титану (анатаз) із вбудованими атомами олова методом теорії функціоналу електронної густини B3LYP з базисним набором 6-31G (d, p) та змодельовано відповідні ІЧ спектри. Порівнянням дослідних та теоретичних результатів проаналізовано вплив кількості та локалізації домішкових атомів олова в кластерах на експериментальні ІЧ спектри зразків. Це дає можливість перебачити найбільш імовірні структурні мотиви частинок діоксиду титану, допованих атомами олова, а також встановити факт наявності атомів олова в досліджених зразках. Виходячи з порівняння між собою ІЧ-спектрів зразків з різною кількістю атомів олова, можна зробити кількісну оцінку їхнього складу. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2021-08-25 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/593 10.15407/hftp12.03.184 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 12 No. 3 (2021): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 184-189 Химия, физика и технология поверхности; Том 12 № 3 (2021): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 184-189 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 12 № 3 (2021): Хімія, фізика та технологія поверхні; 184-189 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp12.03 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/593/601 Copyright (c) 2021 O. V. Smirnova, A. G. Grebenyuk, V. V. Lobanov, T. A. Khalyavka, N. D. Shcherban, M. V. Shapovalova, V. V. Permyakov |
| spellingShingle | інфрачервоні спектри наночастинки оксиду титану домішки олова квантова хімія кластерні моделі Smirnova, O. V. Grebenyuk, A. G. Lobanov, V. V. Khalyavka, T. A. Shcherban, N. D. Shapovalova, M. V. Permyakov, V. V. ІЧ спектральний прояв домішкових центрів олова у діоксиді титану |
| title | ІЧ спектральний прояв домішкових центрів олова у діоксиді титану |
| title_alt | IR spectral manifestation of tin impurity sites in titanium dioxide |
| title_full | ІЧ спектральний прояв домішкових центрів олова у діоксиді титану |
| title_fullStr | ІЧ спектральний прояв домішкових центрів олова у діоксиді титану |
| title_full_unstemmed | ІЧ спектральний прояв домішкових центрів олова у діоксиді титану |
| title_short | ІЧ спектральний прояв домішкових центрів олова у діоксиді титану |
| title_sort | іч спектральний прояв домішкових центрів олова у діоксиді титану |
| topic | інфрачервоні спектри наночастинки оксиду титану домішки олова квантова хімія кластерні моделі |
| topic_facet | infrared spectra titanium oxide nanoparticles tin impurities quantum chemistry cluster models інфрачервоні спектри наночастинки оксиду титану домішки олова квантова хімія кластерні моделі |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/593 |
| work_keys_str_mv | AT smirnovaov irspectralmanifestationoftinimpuritysitesintitaniumdioxide AT grebenyukag irspectralmanifestationoftinimpuritysitesintitaniumdioxide AT lobanovvv irspectralmanifestationoftinimpuritysitesintitaniumdioxide AT khalyavkata irspectralmanifestationoftinimpuritysitesintitaniumdioxide AT shcherbannd irspectralmanifestationoftinimpuritysitesintitaniumdioxide AT shapovalovamv irspectralmanifestationoftinimpuritysitesintitaniumdioxide AT permyakovvv irspectralmanifestationoftinimpuritysitesintitaniumdioxide AT smirnovaov íčspektralʹnijproâvdomíškovihcentrívolovaudíoksidítitanu AT grebenyukag íčspektralʹnijproâvdomíškovihcentrívolovaudíoksidítitanu AT lobanovvv íčspektralʹnijproâvdomíškovihcentrívolovaudíoksidítitanu AT khalyavkata íčspektralʹnijproâvdomíškovihcentrívolovaudíoksidítitanu AT shcherbannd íčspektralʹnijproâvdomíškovihcentrívolovaudíoksidítitanu AT shapovalovamv íčspektralʹnijproâvdomíškovihcentrívolovaudíoksidítitanu AT permyakovvv íčspektralʹnijproâvdomíškovihcentrívolovaudíoksidítitanu |