Тема: Синтез, характеристика и исследование фотокаталитических свойств простых и смешанных оксидно-сульфидных нанокомпозиционных порошков типа TiOx-CdS

В настоящее время антропогенное воздействие на окружающую среду негативно отражается на ее состоянии. Одним из его серьезнейших последствий является накопление органических загрязнителей (фенолы, пестициды, красящие пигменты, ПАВ), проявляющих токсичные и канцерогенные свойства на организм животных и человека, в водных источниках. В мировой практике вопрос детоксикации сточных вод до сих пор не нашел явного решения, таким образом, актуальной задачей является повышение качества водооборота путем внедрения новых высокоэффективных способов очистки. Большую перспективу имеют химические методы, базирующиеся на использовании последних достижений в области нанотехнологии. Как известно, наноматериалы проявляют уникальные физико-химические, оптические, фотокаталитические и другие свойства ввиду их зависимости от формы частиц, наличия значительной доли поверхностных атомов с избыточной энергией и квантоворазмерных эффектов.
В последнее время пристальное внимание ученых направлено в сторону фотокаталитических способов деструкции (окисления) органических загрязнителей на наночастицах (НЧ) полупроводниковых (ПИ) соединений типа А11ВУ1, где (A -переходный металл II группы, В - элементы VI группы Периодической системы) в связи с низкими температурами протекания реакции окисления и экологичности методов, а так же возможности использования неисчерпаемого природного ресурса - солнечной энергии. Уникальные физико-химические свойства НЧ в том числе, сульфида кадмия позволяют использовать их в реакции окисления водных растворов органических загрязнителей непосредственно под видимым светом в отличие от широко распространенного в аналогичном применении TiO2, который поглощает, как правило в ультрафиолетовой области спектра, преобразуя в фотокаталитическом процессе лишь 2-4% солнечной энергии. Однако существенным недостатком НЧ CdS является стремительная рекомбинация фотогенерированных носителей зарядов на межфазной границе раздела и в объеме ИИ, в результате чего происходит, частичная или полная потеря фотокаталитической активности НЧ CdS. К тому же НЧ CdS не фотостабильны, то есть подвергается процессу фотокоррозии, как в УФ-, так и видимой области спектра. Несмотря на наличие большого количества накопленных знаний о фотоинициируемых реакциях на различных НЧ ИИ, их квантовый выход остается невысоким, а катализаторы на их основе, подвергается быстрому разрушению (деструкции). Основными направлениями, решающими проблему деградации фотокатализаторов на основе НЧ ИИ и интенсификации их действия, как правило являются:
1. Стабилизация нанодисперсной фазы при помощи поверхностно-активных компонентов, благодаря чему происходит сужение распределения частиц по размерам, меняются текстурные характеристики и свойства поверхности материала;
2. Иолучение композиционных гетероструктур (парного или капсульного типа) состоящих из двух 11, что усиливает разделение зарядов и расширяет диапазон поглощения света, а также увеличивает активность фотокатализатора.
3. Использование твердых матриц (полимеры, стекла, цеолиты), в качестве носителей и стабилизаторов активных НЧ 11.
В свою очередь, свойства получаемых нанодисперсных порошков напрямую зависят от способа и условий их синтеза. Нараметры синтеза, влияет как на их фазовый состав и равномерность распределения компонентов, так и морфологию, дефектность кристаллической решетки, удельную поверхность и распределение на ней активных центров.
Таким образом, модификация имеющихся методик получения НЧ ИИ, или разработка принципиально новых, позволяющих добиться устойчивых во времени показателей физико-химических, оптических,
фотокаталитических и других свойств присущих нанокомпозитам на основе НЧ ПП, является основополагающим фактором, влияющим на эксплуатационные характеристики синтезируемого материала с заданными эксплуатационными свойствами, для повсеместного их применения в различных областях науки и технике.
В связи с чем, данная работа направлена на изучение влияния параметров синтеза нанодисперсных порошков CdS с использованием в качестве стабилизатора и структурообразователя метасиликат натрия (Na2SiO3), а также модифицированного оксида титана сульфидом кадмия (TiOx/CdS), на размерные, структурные и фотокаталитичесикие свойства синтезируемых нанокомпозиционных порошков.
Объекты исследования: синтезированные нанопорошки CdS-Na2SiO3 и TiOx-CdS.
Цель работы: изучить влияние параметров синтеза на оптические, структурные и фотокаталитические свойства нанопорошков CdS-Na2SiO3 и TiOx-CdS.
Задачами работы являлись:
1. Синтез нанопорошков CdS-Na2SiO3 методом осаждения, варьируя параметры синтеза (количества осадителя - Na2S и стабилизатора - Na2SiO3),
2. Синтез нанокомпозиционных порошков следующего вида TiOx-CdS (где TiOX получен физическим методом (импульсной лазерной абляцией), а CdS химическим (прямым осаждением) на поверхности сформированных частиц TiOX).
3. Исследование структуры и морфологии поверхности полученных образцов (РФА, СЭМ, ПЭМ).
4. Определение пористости и удельной поверхности образцов методом многоточечного БЭТ.
5. Исследование спектрально-люминесцентных свойств синтезированных композитов.
6. Исследование фотокаталитических свойств полученных образцов на примере разложения органических молекул ряда красителей. Под видимым (X > 410 нм) электромагнитным излучением.
7. Оценка устойчивости к выделению Cd2+ (фотокоррозия) в раствор порошками CdS, методом инверсионной вольтамперометрии.

Купить