Дослідження синтезу нанорозмірних частинок CdS з квантово-розмірними ефектами, їх спектрально-оптичних властивостей та поведінки в умовах стаціонарного та імпульсного опромінення. Аналіз спектрів поглинання колоїдів CdS та характеристика наночастинок.
Аннотация к работе
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ФОТОКАТАЛІТИЧНЕ ТА КАТАЛІТИЧНЕ ОКИСЛЕННЯ СІРКУВМІСНИХ ІОНІВ киснем ЗА УЧАСТЮ НАНОРОЗМІРНИХ ЧАСТИНОК CDS ТА CUSЗ дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізичної хімії ім. Синтезовано нанорозмірні частинки CDS з квантово-розмірними ефектами, досліджено їх спектрально-оптичні властивості та поведінку в умовах стаціонарного та імпульсного опромінення. Встановлено, що наночастинки CDS є ефективними фотокаталізаторами окиснення гідросульфід-та сульфіт-іонів киснем, детально досліджено кінетичні закономірності цих процесів. У випадку гідросульфід-іонів встановлено, що процес окиснення може, окрім перебігу реакції в об?ємі за радикально-ланцюговим механізмом, відбуватись також на поверхні наночастинок CDS при взаємодії фотогенерованих дірок валентної зони напівпровідника з адсорбованими іонами HS-. колоїд нанорозмірний оптичний опромінення Синтезовано наночастинки CUS, яким притаманні квантово-розмірні ефекти, досліджено їх оптичні властивості у видимій та ближній ІЧ ділянках спектру, побудовано кореляційну залежність між шириною забороненої зони наночастинок CUS та їх середнім розміром.Особливо мало робіт присвячено встановленню впливу квантово-розмірних ефектів на фотокаталітичну активність напівпровідників, можливості промотування фотокаталітичної активності шляхом зменшення розмірів їх кристалітів тощо, практично відсутні роботи, присвячені дослідженню властивостей напівпровідникових наночастинок, які прямо не пов?язані з поглинанням ними квантів світла, можливості їх застосування як каталізаторів “звичайних” термічних редокс-реакцій. Таким чином, подальші систематичні дослідження, спрямовані на відкриття нових реакцій, в яких наночастинки напівпровідників виступають як фотокаталізатори, встановлення механізмів цих процесів, залежності їх ефективності від розміру частинок напівпровідника, його енергетичної будови, фото-і електрофізичних характеристик, а також пошук можливостей використання нанорозмірних напівпровідників як каталізаторів термічних процесів є високоактуальними і можуть мати практичне значення. Писаржевського НАН України “Фотоніка світлочутливих систем на основі нанорозмірних напівпровідників і барвників” (№ держреєстрації 0197 U006583), “Вплив квантових розмірних ефектів в напівпровідникових наноструктурних матеріалах на електронні процеси і фотокаталітичні реакції в системах на їх основі” (№ держреєстрації 0101 U002694) та проекту “Фізико-хімічні аспекти створення нових наноструктурних фотокаталізаторів” (№ держреєстрації 0103 U006608), що виконується в рамках комплексної програми НАН України з фундаментальних досліджень “Наносистеми, нано-матеріали та нанотехнології”. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання: синтезувати нанорозмірні частинки CDS та CUS, з?ясувати умови стабілізації їх колоїдів у водних розчинах, дослідити вплив умов синтезу на спектрально-оптичні властивості колоїдів та визначити основні характеристики наночастинок: середній розмір, ширину забороненої зони, енергетичне розташування дозволених зон тощо; дослідити каталітичні властивості нанорозмірних частинок CUS в реакції окиснення гідросульфід-іонів у водних розчинах, з?ясувати кінетичні закономірності процесу, природу продуктів та запропонувати схему механізму цієї реакції;В першому розділі подано огляд літератури за темою дисертації, в якому основну увагу приділено аналізу методів одержання та фізико-хімічних властивостей нанорозмірних частинок напівпровідників, зокрема наночастинок CDS та CUS, обговорюються оптичні властивості цих обєктів в умовах стаціонарного та імпульсного опромінення, розглядаються фотокаталітичні властивості масивних та нанорозмірних кристалів CDS, обгрунтовано вибір обєктів дослідження. Виходячи із спектрів поглинання наночастинок CDS розраховано основні їх характеристики: ширину забороненої зони, потенціали зони провідності та валентної зони, середній розмір частинок та силу осцилятора першого екситонного переходу. Методом мікросекундного імпульсного фотолізу показано, що негативний сигнал (нестаціонарне знебарвлення), який спостерігається в нестаціонарних спектрах поглинання колоїдів CDS, зумовлений накопиченням на наночастинках CDS надлишкових електронів внаслідок швидкого витрачання фотогенерованих дірок в реакціях з електроно-донорами (SO32-, HS-). На підставі аналізу кінетичних закономірностей показано наявність двох паралельних каналів витрачання гідросульфід-іонів: радикально-ланцюгової реакції, що ініціюється на поверхні наночастинок CDS і розвивається переважно у обємі розчину, і утворення продуктів реакції окиснення безпосередньо на поверхні наночастинок фотокаталізатора, причому відносний внесок кожного з цих каналів в загальну ефективність процесу визначається умовами проведення реакції.