Розроблення синтезу мезопористих плівок цирконійвмісного ТіО2 темплатним методом з використанням хелатного стабілізуючого агенту ацетилацетону, що виступають фотокаталізаторами процесів відновлення біхромат-іонів у розчині пари аліфатичних спиртів.
Аннотация к работе
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИРозроблено метод синтезу мезопористих плівок цирконійвмісного ТІО2 темплатним методом з використанням хелатного стабілізуючого агенту ацетилацетону, що виступають ефективними фотокаталізаторами процесів відновлення біхромат-іонів у розчині та окиснення пари аліфатичних спиртів у газовій фазі. Досліджено вплив діоксиду цирконію на фотокаталітичну активність мезопористих плівок TIO2 в реакціях фотовідновлення біхромат-іонів у розчині в присутності електронодонору Na2ЕДТА та окиснення пари метанолу, етанолу та ізопропанолу на поверхні плівок. Розроблено одностадійний золь-гель метод синтезу мезопористих плівок ТІО2 високої оптичної якості з рівномірно розподіленими наночастинками срібла. Актуальність одержання нанорозмірних фотокаталізаторів на основі діоксиду титану з розвиненою поверхнею та стабільною пористою структурою спонукала дослідників до розробки методів синтезу мезопористих плівок та порошків ТІО2, модифікованих оксидами перехідних металів, найбільш перспективним серед яких є ZRO2. Робота виконувалась згідно з тематичними планами науково-дослідних робіт Інституту хімії поверхні НАН України: „Синтез, модифікування, фізико-хімічні дослідження систем пониженої розмірності та композитів на їх основі” (№ держреєстрації 0199U004531); “Розробка та фізико-хімічні дослідження наноструктурних оксидних систем” (№ держреєстрації 0103U006287); “Наноструктурні системи, наноматеріали, нанотехнології” (№ держреєстрації 0103U006289).У першому розділі приведено огляд літератури за темою дисертації, в якому розглянуті механізм процесів гетерогенного фотокаталізу на поверхні діоксиду титану та фактори, що визначають його фотокаталітичну активність, способи одержання мезопористих порошків та плівок ТІО2 з розвиненою поверхнею, закономірності адсорбції та фотокаталітичного відновлення токсичних біхромат-іонів до іонів хрому (ІІІ) та фотокаталітичного окиснення пари аліфатичних спиртів на поверхні діоксиду титану. У даній роботі розроблено золь-гель метод темплатного синтезу мезопористих плівок цирконійвмісного діоксиду титану, які мають розвинену поверхню та містять ТІО2 тільки у модифікації анатаза, після термообробки як при 673 К, так і при 773 К, а також характеризуються вищою шорсткістю і вищою кислотністю поверхні у порівнянні з плівками ТІО2. Непрожарені ТІО2 та TIO2/ZRO2 полімерні мезоструктури на залежностях малокутової дифракції рентгенівських променів (МДРП) мають ряд піків, яким відповідають міжплощинні відстані: для плівок TIO2 d = 19,6, 10,9, 5,6, 3,7, 2,8 та 2,3 нм; для плівок, легованих діоксидом цирконію, - TIO2/ZRO2 5% (мол.) - d = 20,5, 9,9, 5,2 нм. Результати адсорбційних та ПЕМ досліджень показали, що плівки TIO2/ZRO2 5-10% (мол.) зберігають мезопористу структуру після термообробки при 773 К, подальше підвищення вмісту діоксиду цирконію до 30 % (мол.) призводить до зниження питомої поверхні плівок, а для їх мезопористої структури характерний широкий розподіл пор за розмірами після видалення темплатного агенту. Диметиламіноазобензол (n-ДМААБ, РКА = 3,3) був використаний як кольоровий індикатор для дослідження природи кислотних центрів поверхні порошків ТІО2 та TIO2/ZRO2 у залежності від вмісту діоксиду цирконію методом оптичної спектроскопії n-ДМААБ, адсорбований на поверхні порошку ТІО2, дає інтенсивну широку асиметричну смугу, яка може бути представлена, як суперпозиція смуг: d-ДМААБ (фізично адсорбованого n-ДМААБ, що взаємодіє з поверхнею за допомогою дисперсійних сил), h-ДМААБ (n-ДМААБ, звязаний з поверхнею через водневий звязок), Н -ДМААБ (барвник, звязаний з поверхнею через перенос протона) та L-ДМААБ (n-ДМААБ, звязаний з льюїсівським центром поверхні) при розкладі спектру на компоненти Гаусівського типу.Золь-гель методом з використанням неіонного триблок кополімеру як темплату та ацетилацетону як комплексоутворювача вперше синтезовано мезопористі нанокристалічні плівки цирконійвмісного діоксиду титану (5-30% (мол.)), які мають підвищену термічну стійкість мезопористої структури та розвинену поверхню (Sпит. Методом оптичної спектроскопїї дифузного відбиття за допомогою молекули зонду n-ДМААБ та за результатами термодесорбції аміаку на поверхні зразків цирконійвмісного TIO2 ідентифіковано слабкі (Но<3,3) бренстедівські та льюїсівські кислотні центри, концентрація яких є максимальною для зразка TIO2/ZRO2 10% (мол.). Збільшення фотокаталітичної активності мезопористих плівок ТІО2/ZRO2 5-10% (мол.) в процесі відновлення токсичних біхромат-іонів до іонів Cr(III) у порівнянні з чистим ТІО2 корелює із зростанням кристалічності та питомої поверхні плівок і підвищенням окиснювальної здатності фотогенерованих дірок валентної зони.