Спектральні та фотохімічні властивості метал-напівпровідникових нанокомпозитів на основі ZnO та CdS - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наукВідомо, що необхідною умовою ефективного перебігу багатьох відновних процесів за участю фотогенерованих електронів зони провідності напівпровідникових кристалів є наявність в системі додаткових каталізаторів - металів, роль яких полягає в акумулюванні електронів і полегшенні їх переносу на субстрати фотокаталітичного перетворення. Писаржевського НАН України “Вплив квантових розмірних ефектів в напівпровідникових наноструктурних матеріалах на електронні процеси і фотокаталітичні реакції в системах на їх основі” (№ держреєстрації 0101 U002694), “Розробка нових напівпровідникових наноструктурних матеріалів - світлочутливих компонентів високоефективних фотокаталітичних редокс-систем” (№ держреєстрації 0104 U000189) та проекту “Фізико-хімічні аспекти створення нових наноструктурних фотокаталізаторів” (№ держреєстрації 0103 U006608), що виконується в рамках комплексної програми НАН України з фундаментальних досліджень “Наносистеми, наноматеріали та нанотехнології”. Мета дослідження полягала у встановленні особливостей фотокаталітичної поведінки нанорозмірних кристалів ZNO і CDS в реакціях відновлення катіонів металів (Ag, Cu, Zn, Cd, Ni та ін.), дослідженні та інтерпретації спектральних властивостей метал-напівпровідникових нанокомпозитів, що утворюються в ході цих реакцій, а також у вивченні особливостей фотокаталітичної дії метал-напівпровідникових нанокомпозитів у відновних процесах. Для досягнення мети роботи необхідно було вирішити наступні наукові завдання: а) встановити природу факторів, що впливають на процеси формування нанокристалів ZNO і CDS у спиртових та водних розчинах, оптимізувати методики синтезу стабілізованих напівпровідникових нанокристалів заданого розміру; г) дослідити фотокаталітичні властивості нанокристалів ZNO і CDS в реакціях відновлення солей Ag(I), Cu(II), Cd(II), Zn(II), Pb(II), In(ІІІ), Ni(ІІ), Co(ІІ), Fe(ІІ), а також їх сумішей, визначити природу та основні параметри смуг поглинання ультрадисперсних металів, що утворюються в фотокаталітичних процесах, встановити вплив опромінення на спектральні властивості утворених нанокомпозитів;В першому розділі подано огляд літератури, в якому проведено аналіз методів одержання та фізико-хімічних властивостей нанорозмірних частинок (НЧ) напівпровідників, динаміки первинного розділення фотогенерованих в них зарядів, методів розширення спектральної області світлочутливості широкозонних напівпровідників. В другому розділі описано методи дослідження, які були використані в роботі, наведено методики синтезу наночастинок ZNO та CDS, обговорені їх спектральні характеристики, викладені методики фотохімічних експериментів. При витрачанні надлишкового заряду, наприклад в реакції з киснем (3), смуга поглинання повертається у вихідне положення: Показано, що зсув Бурштейна-Мосса ДЕВ 0,2 ЕВ відповідає накопиченню кожною наночастинкою ZNO 3-5 надлишкових електронів. Наночастинки ZNO, що перебувають в стані поляризації, здатні до відновної фотокорозії (реакція 4) з утворенням металевого Zn, який поглинає світло видимого діапазону: Швидкість цього процесу (яку вимірювали як приріст оптичної густини розчину при = 375 нм після 60 хв. опромінення (D60)) збільшується прямо пропорційно зростанню ширини забороненої зони (Eg) наночастинок ZNO, що обумовлено підсиленням ефекту просторового обмеження екситона при зменшенні розміру кристалів напівпровідника від 6,0 до 4,4 нм. Опромінення деаерованих ізопропанольних розчинів наночастинок ZNO в присутності сполук Ag(І) світлом з 310-370 нм приводить до формування в спектрі колоїду ZNO смуги плазмонно-резонансного поглинання з максимумом в діапазоні 390-430 нм, притаманної наночастинкам металевого срібла.Показано, що стаціонарне опромінення колоїдів ZNO призводить до гіпсохромного зсуву довгохвильового краю смуги поглинання напівпровідника, зумовленого накопиченням наночастинками ZNO надлишкового негативного заряду (ефект Бурштейна-Мосса). Показано, що збільшення швидкості фотокорозії, яке спостерігається при зменшенні розміру частинок оксиду цинку від 6,0 до 4,4 нм, обумовлено проявом квантових розмірних ефектів, а саме зростанням потенціалу зони провідності напівпровідника; Показано, що нанокристалам ZNO притаманна висока фотокаталітична активність в реакції відновлення іонів Ag(І) спиртами. На підставі аналізу змін параметрів смуг плазмонно-резонансного поглинання утворених наночастинок срібла показано, що продуктом фотокаталітичної реакції є композитні наночастинки ZNOAG.

. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ