Получение и фотокаталитические свойства допированного рутением диоксида титана

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Разработана методика получения фотокатализаторов на основе допированного рутением диоксида титана при использовании рутенийсилоксанового олигомера и нанокристаллического диоксида титана. Исследовано влияние допирования рутением (0,1–1,0 мас.%) на фотокаталитическую активность диоксида титана в УФ- и видимом свете. Деградация красителя кристаллического фиолетового составляет 92% при УФ-воздействии в течение 2 ч для образца 0,5% Ru/TiO2, массовое содержание рутения в котором составило 0,47%.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Алексей Александрович Садовников

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН; Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sadovnikov@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-3574-0039
Россия, Москва; Москва

Евгений Русланович Наранов

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: sadovnikov@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-3815-9565

к.х.н.

Россия, Москва

Владислав Витальевич Судьин

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: sadovnikov@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0001-9091-855X

к.ф.-м.н.

Россия, Москва

Александр Николаевич Тарасенков

Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН

Email: sadovnikov@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0003-0723-2771

к.х.н.

Россия, Москва

Азиз Мансурович Музафаров

Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН; Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН

Email: sadovnikov@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-3050-3253

д.х.н., академик РАН

Россия, Москва; Москва

Антон Львович Максимов

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: sadovnikov@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0001-9297-4950

д.х.н., член-корр. РАН

Москва

Список литературы

  1. Nakata K., Fujishima A. TiO2 photocatalysis: Design and applications // J. Photochem. Photobiol. C. 2012. V. 13. № 3. P. 169–189. https://dx.doi.org/10.1016/j.jphotochemrev.2012.06.001
  2. Li Z., Wang S., Wu J., Zhou W. Recent progress in defective TiO2 photocatalysts for energy and environmental applications // Renewable Sustainable Energy Rev. 2022. V. 156. ID 111980. https://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2021.111980
  3. Wang C., Liu H. L, Qu Y. TiO2‐based photocatalytic process for purification of polluted water: bridging fundamentals to applications // J. Nanomater. 2013. V. 2013. № 1. ID 319637. https://dx.doi.org/10.1155/2013/319637
  4. Belver C., Bedia J., Gómez-Avilés A., Peñas-Garzón M., Rodriguez J.J. Semiconductor photocatalysis for water purification // Nanoscale Materials in Water Purification. 2019. P. 581–651. https://dx.doi.org/10.1016/B978-0-12-813926-4.00028-8
  5. Gołąbiewska A., Malankowska A., Jarek M., Lisowski W., Nowaczyk G., Jurga S., Zaleska-Medynska A. The effect of gold shape and size on the properties and visible light-induced photoactivity of Au-TiO2 // Appl. Catal., B. 2016. V. 196. P. 27–40. https://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.05.013
  6. Su R., Tiruvalam R., He Q., Dimitratos N., Kesavan L., Hammond C., Lopez-Sanchez J.A., Bechstein R., Kiely C.J., Hutchings G.J., Besenbacher F. Promotion of phenol photodecomposition over TiO2 using Au, Pd, and Au–Pd nanoparticles // ACS Nano. 2012. V. 6. № 7. P. 6284–6292. https://dx.doi.org/10.1021/nn301718v
  7. Jin C., Dai Y., Wei W., Ma X., Li M., Huang B. Effects of single metal atom (Pt, Pd, Rh and Ru) adsorption on the photocatalytic properties of anatase TiO2 // Appl. Surf. Sci. 2017. V. 426. P. 639–646. https://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.07.065
  8. Naranov E.R., Sadovnikov A.A., Arapova O.V., Bugaev A.L., Usoltsev O.A., Gorbunov D.N., Russo V., Murzin D.Y., Maximov A.L. Mechanistic insights on Ru nanoparticle in situ formation during hydrodeoxygenation of lignin-derived substances to hydrocarbons // Catal. Sci. Technol. The Royal Soc. of Chemistry, 2023. V. 13. № 5. P. 1571–1583. https://dx.doi.org/10.1039/D2CY01127A
  9. Tian J., Li J., Wei N., Xu X., Cui H., Liu H. Ru nanoparticles decorated TiO2 nanobelts: A heterostructure towards enhanced photocatalytic activity and gas-phase selective oxidation of benzyl alcohol // Ceram. Int. 2016. V. 42. № 1. P. 1611–1617. https://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.09.112
  10. Shen X., Garces L.-J., Ding Y., Laubernds K., Zerger R.P., Aindow M., Neth E.J., Suib S.L. Behavior of H2 chemisorption on Ru/TiO2 surface and its application in evaluation of Ru particle sizes compared with TEM and XRD analyses // Appl. Catal., A. 2008. V. 335. № 2. P. 187–195. https://dx.doi.org/10.1016/j.apcata.2007.11.017
  11. Zhang Y., Su X., Li L., Qi H., Yang C., Liu W., Pan X., Liu X., Yang X., Huang Y., Zhang T. Ru/TiO2 catalysts with size-dependent metal/support interaction for tunable reactivity in Fischer–Tropsch synthesis // ACS Catal. 2020. V. 10. № 21. P. 12967–12975. https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c02780
  12. Zaera F. Nanostructured materials for applications in heterogeneous catalysis // Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. № 7. P. 2746–2762. https://dx.doi.org/10.1039/C2CS35261C
  13. Anisimov A.A., Minyaylo E.O., Shakirova A.R., Shchegolikhina O.I. Evolution of organometallasiloxanes // Polym. Sci. Ser. C. 2023. V. 65. № 2. P. 230–258. https://dx.doi.org/10.1134/S181123822370042X
  14. Levitsky M.M., Yalymov A.I., Kulakova A.N., Petrov А.А., Bilyachenko А.N. Cage-like metallasilsesquioxanes in catalysis: A review // J. Mol. Catal. A: Chem. 2017. V. 426. P. 297–304. https://dx.doi.org/10.1016/j.molcata.2016.06.016
  15. Ребров Е.А., Музафаров А.М., Жданов А.А. Натрийоксиорганоалкоксисиланы — реагенты для направленного синтеза функциональных органосилоксанов // ДАН. 1988. V. 302. № 2. P. 346.
  16. Tebeneva N.A., Meshkov I.B., Тarasenkov А.N., Polshchikova N.V., Кalinina A.A., Buzin M.I., Serenko О.А., Zubavichus Y.V., Katsoulis D.E., Мuzafarov А.М. Polyfunctional branched metallosiloxane oligomers and composites based on them // J. Organomet. Chem. 2018. V. 868. P. 112–121. https://dx.doi.org/10.1016/j.jorganchem.2018.04.011
  17. Tarasenkov A.N., Parshina M.S., Tebeneva N.A., Borisov K.M., Goncharuk G.P., Shevchenko V.G., Ponomarenko S.A., Muzafaro A.M. Metalloalkoxysiloxanes-cured polydimethylsiloxane compositions filled with silica component for special applications: dielectric and mechanical properties // Express Polym. Lett. 2022. V. 16. № 8. P. 846–870. https://dx.doi.org/10.3144/expresspolymlett.2022.62
  18. Parshina M.S., Tarasenkov A.N., Aysin R.R., Tebeneva N.A., Buzin M.I., Afanasyev E.S., Serenko O.A, Muzafarov A.M. Monitoring the curing processes of epoxy oligomers with partially substituted polyethoxymetallosiloxanes by IR spectroscopy and thermomechanical analysis // J. of Applied Polymer Sci. 2021. V. 138. № 36. ID 50918. https://dx.doi.org/10.1002/app.50918
  19. Andropova U.S., Tebeneva N.A., Serenko O.A., Tarasenkov A.N., Buzin M.I., Shaposhnikova V.V., Muzafarov A.M. Nanocomposites based on polyarylene ether ketones from sol–gel process: Characterizations and prospect applications // Mater. Des. 2018. V. 160. P. 1052–1058. https://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2018.10.033
  20. Andropova U., Serenko O., Tebeneva N., Tarasenkov A., Buzin M., Afanasyev E., Sapozhnikov D., Bukalov S., Leites L., Aysin R., Polezhaev A., Naumkin A., Novikov L., Chernik V., Voronina E., Muzafarov A. Atomic oxygen erosion resistance of polyimides filled hybrid nanoparticles // Polym. Test. 2020. V. 84. ID 106404. https://dx.doi.org/10.1016/j.polymertesting.2020.106404
  21. Elsalamony R.A., Mahmoud S.A. Preparation of nanostructured ruthenium doped titania for the photocatalytic degradation of 2-chlorophenol under visible light // Arabian J. of Chemistry. 2017. V. 10. № 2. P. 194–205. https://dx.doi.org/10.1016/j.arabjc.2012.06.008
  22. Gong B., Wu P., Yang J., Peng X., Deng H., Yin G. Electrochemical and photocatalytic properties of Ru-doped TiO2 nanostructures for degradation of methyl orange dye // Int. J. Electrochem. Sci. 2021. V. 16. № 2. ID 21023. https://dx.doi.org/10.20964/2021.02.18
  23. Nguyen-Phan T.-D., Luo S., Vovchok D., Llorca J., Sallis S., Kattel S., Xu W., Piper L.F.J., Polyansky D.E., Senanayake S.D., Stacchiola D.J., Rodriguez J.A. Three-dimensional ruthenium-doped TiO2 sea urchins for enhanced visible-light-responsive H2 production // Phys. Chem. Chem. Phys. 2016. V. 18. № 23. P. 15972–15979. https://dx.doi.org/10.1039/C6CP00472E.
  24. Senthilnanthan M., Ho D.P., Vigneswaran S., Ngo H.H., Shon H.K. Visible light responsive ruthenium-doped titanium dioxide for the removal of metsulfuron-methyl herbcide in aqueous phase // Separation and Purification Technology. 2010. V. 75. № 3. P. 415–419. https://dx.doi.org/10.1016/j.seppur.2010.05.019
  25. Sadovnikov A.A., Baranchikov A.E., Zubavichus Y.V., Ivanova O.S., Murzin V.Y., Kozik V.V., Ivanov V.K. Photocatalytically active fluorinated nano-titania synthesized by microwave-assisted hydrothermal treatment // J. Photochem. Photobiol. A. 2015. V. 303–304. P. 36–43. https://dx.doi.org/10.1016/j.jphotochem.2015.01.010
  26. Sadovnikov A.A., Nechaev E.G., Beltiukov A.N., Gavrilov A.I., Makarevich A.M., Boytsova O.V. Titania mesocrystals: working surface in photocatalytic reactions // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 4. P. 460–467. https://dx.doi.org/10.1134/S0036023621040197
  27. Zhou J., Gao Z., Xiang G., Zhai T., Liu Z., Zhao W., Liang X., Wang L. Interfacial compatibility critically controls Ru/TiO2 metal-support interaction modes in CO2 hydrogenation // Nat. Commun. 2022. V. 13. № 1. ID 327. https://dx.doi.org/10.1038/s41467-021-27910-4

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Дифрактограммы образцов TiO2, полученных гидротермально-микроволновой обработкой и с использованием рутенийсилоксанового олигомера и хлорида рутения(III).

Скачать (172KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема получения рутенийсилоксана Ru(Me)3-0.

Скачать (60KB)
Метаданные
4. Рис. 3. 1H ЯМР-спектр рутенийсилоксана Ru(Me)3-0.

Скачать (89KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схема конденсации рутенийсилоксана Ru(Me)3-0 и его присоединения к гидроксилсодержащему субстрату на поверхности диоксида титана.

Скачать (139KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры поглощения и перестроенные спектры в координатах Тауца исходного диоксида титана, рутенийсилоксанового олигомера и их продукта взаимодействия.

Скачать (180KB)
Метаданные
7. Рис. 6. РЭМ-изображения образцов: (а) 0,1% Ru/TiO2, (б) 0,5% Ru/TiO2, (в) 1,0% Ru/TiO2.

Скачать (242KB)
Метаданные
8. Рис. 7. РФЭС-спектры: (а) C1s + Ru3d, (б) Si2p и Cl2p, (в) O1s катализаторов 0,5% Ru/TiO2 и 0,5% Ru(Cl)TiO2 соответственно.

Скачать (364KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Изображения ПЭМ: (а) образец 0,5% Ru/TiO2, (б) образец 0,5% Ru(Cl)TiO2.

Скачать (420KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Сравнение скорости фотокаталитического разложения красителя кристаллического фиолетового в присутствии различных образцов диоксида титана: (а) при УФ-облучении, (б) при облучении видимым светом.

Скачать (243KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025