Новые композитные полупроводниковые материалы для эффективного фотокаталитиче-ского окисления ароматических соединений под излучением уф- и видимого диапазонов

В начале отчётного периода были выполнены работы по синтезу золь-гель мето-дом чувствительного к свету видимого диапазона азот-допированного диоксида титана, который стал базовым компонентом при синтезе композитных фотокатализаторов. Далее гидротермальным методом были синтезированы композиты, содержащие помимо диок-сида титана, вольфрамат висмута. Состав полученных композитов был исследован мето-дами рентгенофазового анализа и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, что позволило подтвердить образование требуемой фазы вимута и образование гетерострук-туры из двух полупроводников. Полученные данные о текстурных, оптических и фото-электрохимических характеристиках позволили подробнее изучить состояние получен-ных композитных фотокатализаторов и проявляемые ими свойства. Далее активность синтезированных материалов была изучена в тестовой реакции окисления паров бензола на проточной установке, модифицированной за счёт средств данного проекта специально под специфику проведения конкретного процесса. Эта установка позволила в автомати-зированном режиме по заданной программе проведения эксперимента выполнять рутин-ные операции для определения фотоактивности каталитических образцов под действием излучения с заданными характеристиками длины волны и интенсивности светового по-тока в условиях поддерживаемой температуры, влажности и концентрации окисляемого тестового вещества, что позволило свести к минимуму влияние человеческого фактора. По результатам испытаний было показано формирование стабильных фотокаталитиче-ских материалов, активность которых под синим светом сохраняется на протяжении как минимум нескольких суток на уровне исходной. При этом наблюдаемое снижение актив-ности связано с накоплением углеродсодержащих соединений на поверхности фотоката-лизатора; количество таких соединений было проанализировано по показателям содержа-ния общего органического углерода для разных значений концентрации окисляемого бензола под УФ-излучением и синим светом. Изучены адсорбционные характеристики синтезированных материалов по отношению к бензолу, являющемуся тестовым окисляе-мым веществом; показано, что адсорбция бензола на полученных материалах без воздей-ствия излучения пренебрежимо мала. Поэтому наибольшее влияние удельная поверхность образца оказывает на распределение промежуточных продуктов окисления, количество которых под действием света видимого диапазона выше за счёт большей глубины про-никновения света по слою фотокатализатора. Зависимость активности фотокатализаторов под действием УФ-излучения (370 нм, 11 мВт/см2) и синего света (440 нм, 100 мВт/см2) от состава была соотнесена с получен-ными данными об их физико-химических свойствах. Было подтверждено, что формиро-вание устойчивой фазы вольфрамата висмута происходит при его расчётном содержании более 30% масс. При количестве компонентов меньше указанного неполное формирова-ние структуры приводит к возможности восстановления висмута под действием излуче-ния, падающего на фотокатализатор, вплоть до металлического, что повышает рекомби-нацию фотогенерированных элементарных носителей зарядов и снижает активность ка-тализатора в целевом процессе. Изучены спектры действия набора композитных фотока-тализаторов, показано постоянство границы зоны активности фотокатализатора. Соглас-но полученным спектрам действия, наибольшее значение фотонной эффективности в процессе окисления паров бензола составило 15% под УФ-излучением и 2,5% под синим светом, что значительно превышает показатели для широко известного фотокатализатора Evonik P25.