Влияние условий синтеза на фотоэлектрохимические и электрокаталитические свойства TiO₂-наноструктур и TiO₂-Au-нанокомпозитов

Романовская Н.И., Манорик П.А., Воробец В.С., Колбасов Г.Я., Ермохина Н.И., Кишеня Я.В., Сотник С.А., Яремов П.С., Полищук А.В.

Abstract

УДК 544.52:546.21

Мезопористые наноструктуры TiO₂ и нанокомпозиты TiO₂-Au со стабилизированными наночастицами Au синтезированы темплатным золь-гель методом. Определены условия синтеза, влияющие на размер частиц, электронную структуру, морфологию, состав и текстуру синтезированных материалов. Показано, что электроды на основе TiO₂ и TiO₂-Au светочувствительны в диапазоне длин волн 250–412 нм, обладают фотоактивностью в процессе разложения метиленового голубого (МГ) и отличаются высокой каталитической активностью в процессе электровосстановления кислорода. Установлено, что наличие в аморфной фазе ольных и карбок-силатных групп является основным фактором, влияющим на фоточувствительность нано-структур TiO₂ и увеличение их фотоактивности в процессе разложения МГ. Высокая стабильность и каталитическая активность в процессе электровосстановления кислорода позволяют также рассматривать TiO₂наноструктуры и TiO₂-Au нанокомпозиты как перспективные электродные материалы электрохимических сенсоров для определения содержания кислорода в водных средах.

Ключевые слова: мезопористые наноструктуры TiO₂, нанокомпозиты, наночастицы золота, фотоэлектрохимические, фотокаталитические и электрокаталитические свойства.

Carbon-doped mesoporous TiO₂ nanostructures and TiO₂-Au nanocomposites with stabilized Au nanoparticles have been synthesized by the sol-gel template method and characterized by X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopies, Fourier-transform infrared spectroscopy, N₂ adsorption/desorption, ultraviolet-visible spectroscopy, and photoelectrochemical current spectroscopy. The synthesis hydrothermal treatment conditions affected the particle size, electronic structure, morphology, phase, and chemical compositions, as well as the texture of the synthesized materials. The TiO₂ and TiO₂-Au based electrodes were light-sensitive in a wavelength range of 250–412 nm and were distinguished by a high catalytic activity during oxygen electroreduction. The presence of -ol and carboxylate groups in the amorphous phase is the main factor affecting the photosensitivity of TiO₂nanostructures to visible light and an increase in their photoactivity during the decomposition of methylene blue upon irradiation with ultraviolet and visible light relative to pure anatase. The higher photosensitivity and photoactivity of TiO₂-Au nanocomposites compared with those of the corresponding starting TiO₂ is due to the synergistic effect of Au nanoparticles and interstitial Ti-O-C groups, which depends on the Au nanoparticle content of the composite and on the mesopore size.

Keywords: mesoporous TiO₂ nanostructures, nanocomposites, gold nanoparticles, photoelectrochemical, photocatalytic properties.

Download full-text PDF. 358 downloads

Menu

Vol. 57 (2021), Issue 4, p. 1-14

Влияние условий синтеза на фотоэлектрохимические и электрокаталитические свойства TiO2-наноструктур и TiO2-Au-нанокомпозитов

Abstract

Влияние условий синтеза на фотоэлектрохимические и электрокаталитические свойства TiO₂-наноструктур и TiO₂-Au-нанокомпозитов