Разработка материалов с четко определенной морфологией и структурными параметрами в сочетании с фотолюминесцентными свойствами является актуальной задачей, обусловленной их применением в качестве биологических маркеров, фотокатализаторов и источников света. Учитывая, что большинство современных неорганических люминофоров возбуждаются вредным ультрафиолетовым светом, поиск материалов, работающих в видимой области, является полезной задачей.
В связи с этим активное внимание исследователей направлено на изучение широкозонных полупроводников, в том числе допированных 4£-элементами, что придает им ярко выраженные фотолюминесцентные свойства, а также позволяет использовать их как фотокатализаторы для разложения загрязнителей под видимым излучением.
Одним из наиболее перспективных материалов матрицы для допирования выступает дешевый и легко получаемый диоксид олова с тетрагональной структурой типа рутила, толерантной к замещению в кристаллической решетке.
При этом в литературе отсутствует однозначное мнение о том, какой параметр допированных наночастиц является определяющим для улучшения фотокаталитических и фотолюминесцентных свойств. В ряде работ обсуждается, что на них влияет не только природа 4f элемента и его концентрация, но также наличие кислородных вакансий и дефектов в кристаллической структуре матрицы. Тем не менее, количественной оценки параметров наночастиц и их влияние на функциональные характеристики не приводится. Применительно к допированному SnO2, его структурные параметры могут быть изменены путем получения наночастиц различной формы с использованием широко распространенных, недорогих и легко масштабируемых «мокрых» методов.
Среди широкого круга 4f-элементов, Tb3+ выделяется за счет наличия интенсивного зеленого свечения в видимой области спектра, высокой квантовой эффективности, коммерческой доступности, простоте работы с исходными солями и меньшей степени концентрационного тушения люминесценции в сравнении с другими ионами ряда лантаноидов.
Таким образом, данная работа посвящена синтезу наночастиц различной формы на основе допированного тербием диоксида олова и установлению взаимосвязи их морфологических и структурных параметров с фотокаталитической активностью и фотолюминесцентными свойствами.
1. Методам совместного осаждения и методом совместного осаждения с последующей гидротермальной обработкой были получены сферические и кубические наночастицы Tb-SnO2.
2. Все образцы были охарактеризованы с помощью методов РФА, ПЭМ, ИК- спектроскопии, БЭТ, спектроскопии КР и РФЭС для определения соотношения вакансии/дефекты. Ширина запрещенной зоны рассчитывалась из спектров поглощения.
3. Была изучена фотокаталитическая активность и теневая адсорбция органического красителя метиленового голубого с спектрофотометрическим и масс- спектроскопическим детектированием аналита. Величина адсорбции не превышает 56%. Выявлена экспоненциальная зависимость коэффициента деградации от соотношения вакансии/дефекты.
4. Был изучен процесс фотокатализа бесцветного органического антибиотика ОТЦ. Эффективность и глубину фотодеградации оценивали методами спектрофотометрии, хроматографии и масс-спектрометрии соответственно. Показано, что значения, полученные двумя методами, коррелируют друг с другом, что позволяет использовать спектрофотометрию для количественной оценки фотокатализа, как наиболее быстрый метод. Зафиксирована такая же, как и в случае МГ, экспоненциальная зависимость коэффициента деградации от соотношения вакансии/дефекты.
5. Исследованы фотолюминесцентные свойства наночастиц Tb-SnO2. На спектрах эмиссии, снятых для таблеток при длине волны возбуждающего излучения 375 нм, наблюдаются пики на длинах волн 414, 440, 544 нм. Для первых двух пиков выявлена экспоненциальная зависимость интенсивности люминесценции от соотношения вакансии/дефекты. Интенсивность пика 554 нм, отвечающего Tb, зависит от количества кислородных вакансий в структуре диоксида олова.
