Порівняльний аналіз TiO2 кодопованого Gd і Sm, Tm, або Tb, синтезованого одностадійним та двостадійним гідротермальним методом
The presented work aimed to synthesize anatase-brookite TiO2 co-doped with Gd/Sm, Gd/Tm or Gd/Tb by simple template-free one-step and two-step hydrothermal procedures in aqueous media and to compare the structural, textural and photocatalytic properties of co-doped TiO2 obtained by different techniq...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/795 |
| 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| id |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-795 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-12-07T11:19:20Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
діоксид титану рідко-земельні елементи кодопування одностадійний і двостадійний гідротермальний синтез фотокаталіз |
| spellingShingle |
діоксид титану рідко-земельні елементи кодопування одностадійний і двостадійний гідротермальний синтез фотокаталіз Khalyavka, T.O. Burve, R. Shcherban, N.D. Korzhak, G.V. Yaremov, P.S. Coşkun, E. Grivel, J.-C. Порівняльний аналіз TiO2 кодопованого Gd і Sm, Tm, або Tb, синтезованого одностадійним та двостадійним гідротермальним методом |
| topic_facet |
titanium oxide rare earth elements co-doping one- and two-step hydrothermal synthesis photocatalysis діоксид титану рідко-земельні елементи кодопування одностадійний і двостадійний гідротермальний синтез фотокаталіз |
| format |
Article |
| author |
Khalyavka, T.O. Burve, R. Shcherban, N.D. Korzhak, G.V. Yaremov, P.S. Coşkun, E. Grivel, J.-C. |
| author_facet |
Khalyavka, T.O. Burve, R. Shcherban, N.D. Korzhak, G.V. Yaremov, P.S. Coşkun, E. Grivel, J.-C. |
| author_sort |
Khalyavka, T.O. |
| title |
Порівняльний аналіз TiO2 кодопованого Gd і Sm, Tm, або Tb, синтезованого одностадійним та двостадійним гідротермальним методом |
| title_short |
Порівняльний аналіз TiO2 кодопованого Gd і Sm, Tm, або Tb, синтезованого одностадійним та двостадійним гідротермальним методом |
| title_full |
Порівняльний аналіз TiO2 кодопованого Gd і Sm, Tm, або Tb, синтезованого одностадійним та двостадійним гідротермальним методом |
| title_fullStr |
Порівняльний аналіз TiO2 кодопованого Gd і Sm, Tm, або Tb, синтезованого одностадійним та двостадійним гідротермальним методом |
| title_full_unstemmed |
Порівняльний аналіз TiO2 кодопованого Gd і Sm, Tm, або Tb, синтезованого одностадійним та двостадійним гідротермальним методом |
| title_sort |
порівняльний аналіз tio2 кодопованого gd і sm, tm, або tb, синтезованого одностадійним та двостадійним гідротермальним методом |
| title_alt |
A comparative analysis of TiO2 co-doped with Gd and Sm, Tm, OR Tb synthesized by one-step and two-step hydrothermal method |
| description |
The presented work aimed to synthesize anatase-brookite TiO2 co-doped with Gd/Sm, Gd/Tm or Gd/Tb by simple template-free one-step and two-step hydrothermal procedures in aqueous media and to compare the structural, textural and photocatalytic properties of co-doped TiO2 obtained by different techniques to find an effective synthesis approach and to study the impact of co-doping. The materials were characterized using X-ray diffraction (XRD) analysis, Raman spectroscopy, scanning (SEM-EDS) and high-resolution transmission (HRTEM) electron microscopies, UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy (DRS), and volumetric nitrogen adsorption method.
The XRD, Raman and TEM analyses detected the anatase and brookite phases in the undoped and co-doped TiO2 with crystallite sizes of around 9 and 10-13 nm, respectively. All powders are highly crystallized materials; the crystallinity index of one- and two-step synthesized materials is similar.
The mesoporous structure with wide pore size distribution of the powders was confirmed by presence of H1 type hysteresis loops. The two-step co-doped samples have a wider pore size distribution compared with one-step samples and undoped TiO2. It was found that the use of the one-step synthesis procedure contributed to the formation of materials with larger surface area. Besides, these materials show stronger absorption in the visible region, compared with two-step synthesized powders.
Co-doped powders showed higher photocatalytic activity in the reactions of hydrogen evolution and Rhodamine B degradation than undoped TiO2 under UV light and in Rhodamine B degradation under visible light, which can be explained by the capability of the rare earth elements to form defects that capture excited electrons, improving charge separation, extending their lifetime, and preventing electron-hole recombination. It is observed that between the one-step and two-step synthesized groups, the powders of the former group were more photocatalytically active, which is related with their larger surface area, and stronger absorption in the visible region.
Summarizing the results of the preparation and application of photocatalysts, it can be stated that the use of the more economical one-step synthesis procedure contributes to the formation of more effective photocatalysts. |
| publisher |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/795 |
| work_keys_str_mv |
AT khalyavkato acomparativeanalysisoftio2codopedwithgdandsmtmortbsynthesizedbyonestepandtwostephydrothermalmethod AT burver acomparativeanalysisoftio2codopedwithgdandsmtmortbsynthesizedbyonestepandtwostephydrothermalmethod AT shcherbannd acomparativeanalysisoftio2codopedwithgdandsmtmortbsynthesizedbyonestepandtwostephydrothermalmethod AT korzhakgv acomparativeanalysisoftio2codopedwithgdandsmtmortbsynthesizedbyonestepandtwostephydrothermalmethod AT yaremovps acomparativeanalysisoftio2codopedwithgdandsmtmortbsynthesizedbyonestepandtwostephydrothermalmethod AT coskune acomparativeanalysisoftio2codopedwithgdandsmtmortbsynthesizedbyonestepandtwostephydrothermalmethod AT griveljc acomparativeanalysisoftio2codopedwithgdandsmtmortbsynthesizedbyonestepandtwostephydrothermalmethod AT khalyavkato porívnâlʹnijanalíztio2kodopovanogogdísmtmabotbsintezovanogoodnostadíjnimtadvostadíjnimgídrotermalʹnimmetodom AT burver porívnâlʹnijanalíztio2kodopovanogogdísmtmabotbsintezovanogoodnostadíjnimtadvostadíjnimgídrotermalʹnimmetodom AT shcherbannd porívnâlʹnijanalíztio2kodopovanogogdísmtmabotbsintezovanogoodnostadíjnimtadvostadíjnimgídrotermalʹnimmetodom AT korzhakgv porívnâlʹnijanalíztio2kodopovanogogdísmtmabotbsintezovanogoodnostadíjnimtadvostadíjnimgídrotermalʹnimmetodom AT yaremovps porívnâlʹnijanalíztio2kodopovanogogdísmtmabotbsintezovanogoodnostadíjnimtadvostadíjnimgídrotermalʹnimmetodom AT coskune porívnâlʹnijanalíztio2kodopovanogogdísmtmabotbsintezovanogoodnostadíjnimtadvostadíjnimgídrotermalʹnimmetodom AT griveljc porívnâlʹnijanalíztio2kodopovanogogdísmtmabotbsintezovanogoodnostadíjnimtadvostadíjnimgídrotermalʹnimmetodom AT khalyavkato comparativeanalysisoftio2codopedwithgdandsmtmortbsynthesizedbyonestepandtwostephydrothermalmethod AT burver comparativeanalysisoftio2codopedwithgdandsmtmortbsynthesizedbyonestepandtwostephydrothermalmethod AT shcherbannd comparativeanalysisoftio2codopedwithgdandsmtmortbsynthesizedbyonestepandtwostephydrothermalmethod AT korzhakgv comparativeanalysisoftio2codopedwithgdandsmtmortbsynthesizedbyonestepandtwostephydrothermalmethod AT yaremovps comparativeanalysisoftio2codopedwithgdandsmtmortbsynthesizedbyonestepandtwostephydrothermalmethod AT coskune comparativeanalysisoftio2codopedwithgdandsmtmortbsynthesizedbyonestepandtwostephydrothermalmethod AT griveljc comparativeanalysisoftio2codopedwithgdandsmtmortbsynthesizedbyonestepandtwostephydrothermalmethod |
| first_indexed |
2025-07-22T19:35:48Z |
| last_indexed |
2025-12-07T11:23:24Z |
| _version_ |
1851774500113219584 |
| spelling |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7952025-12-07T11:19:20Z A comparative analysis of TiO2 co-doped with Gd and Sm, Tm, OR Tb synthesized by one-step and two-step hydrothermal method Порівняльний аналіз TiO2 кодопованого Gd і Sm, Tm, або Tb, синтезованого одностадійним та двостадійним гідротермальним методом Khalyavka, T.O. Burve, R. Shcherban, N.D. Korzhak, G.V. Yaremov, P.S. Coşkun, E. Grivel, J.-C. titanium oxide rare earth elements co-doping one- and two-step hydrothermal synthesis photocatalysis діоксид титану рідко-земельні елементи кодопування одностадійний і двостадійний гідротермальний синтез фотокаталіз The presented work aimed to synthesize anatase-brookite TiO2 co-doped with Gd/Sm, Gd/Tm or Gd/Tb by simple template-free one-step and two-step hydrothermal procedures in aqueous media and to compare the structural, textural and photocatalytic properties of co-doped TiO2 obtained by different techniques to find an effective synthesis approach and to study the impact of co-doping. The materials were characterized using X-ray diffraction (XRD) analysis, Raman spectroscopy, scanning (SEM-EDS) and high-resolution transmission (HRTEM) electron microscopies, UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy (DRS), and volumetric nitrogen adsorption method. The XRD, Raman and TEM analyses detected the anatase and brookite phases in the undoped and co-doped TiO2 with crystallite sizes of around 9 and 10-13 nm, respectively. All powders are highly crystallized materials; the crystallinity index of one- and two-step synthesized materials is similar. The mesoporous structure with wide pore size distribution of the powders was confirmed by presence of H1 type hysteresis loops. The two-step co-doped samples have a wider pore size distribution compared with one-step samples and undoped TiO2. It was found that the use of the one-step synthesis procedure contributed to the formation of materials with larger surface area. Besides, these materials show stronger absorption in the visible region, compared with two-step synthesized powders. Co-doped powders showed higher photocatalytic activity in the reactions of hydrogen evolution and Rhodamine B degradation than undoped TiO2 under UV light and in Rhodamine B degradation under visible light, which can be explained by the capability of the rare earth elements to form defects that capture excited electrons, improving charge separation, extending their lifetime, and preventing electron-hole recombination. It is observed that between the one-step and two-step synthesized groups, the powders of the former group were more photocatalytically active, which is related with their larger surface area, and stronger absorption in the visible region. Summarizing the results of the preparation and application of photocatalysts, it can be stated that the use of the more economical one-step synthesis procedure contributes to the formation of more effective photocatalysts. Метою представленої роботи був синтез анатаз-брукітного TiO2, кодопованого Gd/Sm, Gd/Tm та Gd/Tb з використанням простого безтемплатного одностадійного та двостадійного гідротермального синтезу у водному cередовищі, а також порівняння структурних, текстурних та фотокаталітичних властивостей кодопованого TiO2, отриманого різними методами, з метою пошуку ефективного підходу до синтезу та вивчення впливу легування. Матеріали було охарактеризовано за допомогою рентгенофазового аналізу (РФА), раманівської спектроскопії (РС), cкануючої електронної мікроскопії (СЕМ) з енергодисперсійною рентгенівською спектроскопією (ЕДС), трансмісійною електронною мікроскопією з високою роздільною здатністю (HRТЕМ), спектроскопією дифузного відбиття (СДВ) та методом низькотемпературної адсорбції азоту. За допомогою методів РФА, РС та HRТЕМ було підтверджено, що недопований та кодопований TiO2 складаються з анатазу та брукіту з розмірами кристалітів близько 9 та відповідно 10–13 нм. Усі порошки є висококристалізованими матеріалами; індекс кристалічності одно- та двостадійно синтезованих матеріалів майже не змінюється. Мезопориста структура порошків з широким розподілом пор за розміром була підтверджена наявністю петлі гістерезису типу H1. Двостадійно кодоповані зразки мають ширший розподіл пор за розміром порівняно з одностадійним та недопованим TiO2. Було виявлено, що використання одностадійної процедури синтезу сприяло утворенню матеріалів з більшою площею поверхні. Крім того, ці матеріали демонструють сильніше поглинання у видимій області порівняно з двостадійно синтезованими порошками. Кодоповані порошки проявили вищу фотокаталітичну активність у реакціях виділення водню та деградації родаміну В, ніж недопований TiO2 при дії УФ світла, та реакції деградації родаміну В при дії видимого світла, що можна пояснити здатністю рідкісноземельних елементів утворювати дефекти, які захоплюють збуджені електрони, покращуючи розділення зарядів, подовжуючи час їхнього життя та запобігаючи електрон-дірковій рекомбінації. Показано, що між одноступеневими та двоступеневими синтезованими групами, порошки першої серії проявили вищу фотокаталітичну активність, що пов’язано з більшою питомою поверхнею та сильнішим поглинанням у видимій області. Підсумовуючи результати одержання та застосування фотокаталізаторів, можна стверджувати, що використання більш економічної одностадійної процедури синтезу сприяє утворенню більш ефективних матеріалів. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2025-11-29 Article Article https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/795 10.15407/hftp16.04.557 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 16 No. 4 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 557-571 Химия, физика и технология поверхности; Том 16 № 4 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 557-571 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 16 № 4 (2025): Хімія, фізика та технологія поверхні; 557-571 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp16.04 en Copyright (c) 2025 Т.О. Халявка, R. Burve, Н.Д. Щербань, Г.В. Коржак, П.С. Яремов, E. Co?kun, J.-C. Grivel https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |