danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2024-68-3-207-213dan-1192Research ArticleХИМИЯCHEMISTRYМеханохимическая структурная наноинженерия гетерооксидных фотокатализаторов TiO2/ V2O5, обеспечивающих аккумулирование фотоиндуцированного зарядаMechanochemical structural nanoengineering of heterooxide photocatalysts TiO2/ V2O5 capable to accumulating photoinduced chargesЩербаковаВ. Б.ShcherbakovaV. B.

Щербакова Валентина Борисовна – мл. науч. Сотрудник

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

Shcherbakova Valentina B. – Junior Researcher

15, P. Brovkа Str., 220072, Minsk

valya1998@mail.ruСвиридоваТ. В.SviridovaT. V.

Свиридова Татьяна Викторовна – д-р хим. наук, профессор

пр. Независимости, 4, 220050, Минск

Sviridova Tatiana V. – D. Sc. (Chemistry), Professor

4, Nezavisimosti Ave., 220050, Minsk

sviridova@bsu.byСвиридовД. В.SviridovD. V.

Свиридов Дмитрий Вадимович – член-корреспондент, д-р хим. наук, профессор, заведующий кафедрой

пр. Независимости, 4, 220050, Минск

Sviridov Dmitry V. – Corresponding Member, D. Sc. (Chemistry), Professor, Head of the Department

4, Nezavisimosti Ave., 220050, Minsk

sviridov@bsu.byАгабековВ. Е.AgabekovV. E.

Агабеков Владимир Енокович – академик, д-р хим. наук, профессор, заведующий отделом

ул. Скорины, 36, 220084, Минск

Agabekov Vladimir E. – Academician, D. Sc. (Chemistry), Professor, Head of the Department

36, Skorina Str., 220084, Minsk

agabekov@ichnm.byИнститут тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН БеларусиA. V. Luikov of Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Sciences of BelarusБелорусский государственный университетBelarusian State UniversityИнститут химии новых материалов НАН БеларусиInstitute of Chemistry of New Materials of the National Academy of Sciences of Belarus202408072024683207213Copyright © Щербакова В.Б., Свиридова Т.В., Свиридов Д.В., Агабеков В.Е., 20242024Щербакова В.Б., Свиридова Т.В., Свиридов Д.В., Агабеков В.Е.Shcherbakova V.B., Sviridova T.V., Sviridov D.V., Agabekov V.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1192

Предложен механохимический метод получения композитных фотокатализаторов TiO2/V2O5 тубулярной морфологии, базирующийся на использовании локализованного механического воздействия на смесь дисперсных оксидов. Показано, что поликонденсационное связывание наночастиц гидратированного диоксида титана в условиях действия контактной нагрузки 25–39 МПа приводит к образованию тубулярного TiO2. В случае механохимического воздействия на смесь оксидов титана и ванадия образование тубулярного TiO2 сочетается с диспергированием оксида ванадия и его расщеплением на отдельные ламели. Результатом такой механохимической активации является формирование наногетеропереходов TiO2/V2O5, обеспечивающих эффективное разделение фотогенерированных зарядов и их накопление за счет редокс-превращений в фазе V2O5. В случае композиционных фотокатализаторов TiO2/V2O5 использование механохимического синтеза обеспечивает 2,5-кратное увеличение наведенной окислительной активности, являющейся результатом предварительного экспонирования.

The mechanochemical method yielding a composite photocatalyst TiO2/V2O5 of tubular morphology under localized mechanic impact on a mixture of dispersed oxides has been proposed. It has been shown that under contact loading amounting to 25–39 MPa, tubular TiO2 is growing due to bonding of hydrated oxide particles via polycondensation. In the case of a mixture of titania and vanadium oxides, the tubular structure growth is accompanied with dispersing V2O5 particles resulting in the release of free standing lamellae. The mechanochemical activation produces nanоheterojunctions TiO2/V2O5 able to ensure an effective separation of photo-induced charges and their accumulation in redox active V2O5. Employing mechanochemical activation for synthesis of a TiO2/V2O5 composite photocatalyst results in 2.5-fold enhancement of the oxidation activity induced by preliminary photocatalyst exposure.

фотокатализмеханохимиянанотрубки диоксида титанаоксид ванадияphotocatalysismechanochemistrytitania nanotubesvanadium oxideРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант Х21-025).The work was carried out with the financial support of the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (grant no. X21-025).ReferencesFujishima, A. Titanium dioxide photocatalysis / A. Fujishima, T. N. Rao, D. A. Tryk // J. Photochem. Photobiol. C: Photochemistry Reviews. – 2000. – Vol. 1, N 1. – P. 1–21. https://doi.org/10.1016/s1389-5567(00)00002-2Fujishima A., Rao T. N., Tryk D. A. Titanium dioxide photocatalysis. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, 2000, vol. 1, no. 1, pp. 1–21. https://doi.org/10.1016/s1389-5567(00)00002-2Bactericidal mode of titanium dioxide photocatalysis / Z. Huang [et al.] // J. Photochem. Phtobiol. A: Chemistry. – 2000. – Vol. 130, N 2–3. – P. 163–170. https://doi.org/10.1016/s1010-6030(99)00205-1Huang Z., Maness P.-C., Black D. M., Wolfrum E. J., Smolinski S. L., Jacoby W. A. Bactericidal mode of titanium dioxide photocatalysis. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2000, vol. 130, no. 2–3, pp. 163–170. https://doi.org/10.1016/s1010-6030(99)00205-1Antibacterial activity of thin-film photocatalysts based on metal-modified TiO2 and TiO2 : In2O3 nanocomposite / E. V. Skorb [et al.] // Appl. Catal. B: Environmental. – 2008. – Vol. 84, N 1–2. – P. 94–99. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2008.03.007Skorb E. V., Antonouskaya L. I., Belyasova N. A., Shchukin D. G., Möhwald H., Sviridov D. V. Antibacterial activity of thin-film photocatalysts based on metal-modified TiO2 and TiO2 : In2O3 nanocomposite. Applied Catalysis B: Environmental, 2008, vol. 84, no. 1–2, pp. 94–99. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2008.03.007Reversible electron storage in an all-vanadium photoelectrochemical storage cell: Synergy between vanadium redox and hybrid Photocatalyst / D. Liu [et al.] // ACS Catal. – 2015. – Vol. 5, N 4. – P. 2632–2639. https://doi.org/10.1021/cs502024kLiu D., Zi W., Sajjad S. D., Hsu C., Shen Y., Wei M., Liu F. Reversible electron storage in an all-vanadium photoelectrochemical storage cell: Synergy between vanadium redox and hybrid photocatalyst. ACS Catalysis, 2015, vol. 5, no. 4, pp. 2632–2639. https://doi.org/10.1021/cs502024kNanoengineered thin-film TiO2/h–MoO3 photocatalysts capable to accumulate photoinduced charge / T. V. Sviridova [et al.] // J. Photochem. Photobiol. A: Chemistry. – 2016. – Vol. 327. – P. 44–50. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2016.04.018Sviridova T. V., Sadovskaya L. Yu., Shchukina E. M., Logvinovich A. S., Shchukin D. G., Sviridov D. V. Nanoengineered thin-film TiO2/h–MoO3 photocatalysts capable to accumulate photoinduced charge. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2016, vol. 327, pp. 44–50. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2016.04.018Photoaccumulating TiO2–MoO3, TiO2–V2O5, and TiO2–WO3 heterostructures for self-sterilizing systems with the prolonged bactericidal activity / T. V. Sviridova [et al.] // Catal. Lett. – 2019. – Vol. 149. – P. 1147–1153. https://doi.org/10.1007/s10562-019-02706-wSviridova T. V., Sadovskaуa L. Yu., Konstantinova E. A., Belyasova N. A., Kokorin A. I., Sviridov D. V. Photoaccumulating TiO2–MoO3, TiO2–V2O5, and TiO2–WO3 heterostructures for self-sterilizing systems with the prolonged bactericidal activity. Catalysis Letters, 2019, vol. 149, pp. 1147–1153. https://doi.org/10.1007/s10562-019-02706-wСтроение и фотокаталитические свойства нанокомпозитов TiO2/MoO3 и TiO2/V2O5, полученных методом механохимической активации / А. И. Кокорин [и др.] // Химическая физика. – 2018. – Т. 37, № 4. – С. 100–106. https://doi.org/10.7868/s0207401x1804012xKokorin A. I., Sviridova T. V., Kolbanev I. V., Sadovskaya L. Yu., Degtyarev E. N., Vorobieva G. A., Streletskii A. N., Sviridov D. V. Structure and photocatalytic properties of TiO2/MoO3 and TiO2/V2O5 nanocomposites obtained by mechanochemical activation. Russian Journal of Physical Chemistry B, 2018, vol. 12, pp. 330–335. https://doi.org/10.1134/s1990793118020173Friščić, T. Mechanochemistry for synthesis / T. Friščić, C. Mottillo, H. M. Titi // Angew. Chem. – 2020. – Vol. 59, N 3. – P. 1018–1029. https://doi.org/10.1002/anie.201906755Friščić T., Mottillo C., Titi H. M. Mechanochemistry for synthesis. Angewandte Chemie International Edition, 2020, vol. 59, no. 3, pp. 1018–1029. https://doi.org/10.1002/anie.201906755Photocatalytic activity of TiO2:In2O3 nanocomposite films towards the degradation of arylmethane and azo dyes / E. V. Skorb [et al.] // J. Photochem. Photobiol. A: Chemistry. – 2008. – Vol. 193, N 2–3. – P. 97–102. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2007.06.012Skorb E. V., Ustinovich E. A., Kulak A. I., Sviridov D. V. Photocatalytic activity of TiO2:In2O3 nanocomposite films towards the degradation of arylmethane and azo dyes. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2008, vol. 193, no. 2–3, pp. 97–102. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2007.06.012Sviridova, T. V. Nano- and microcrystals of molybdenum trioxide and metal-matrix composites on their basis / T. V. Sviridova, L. I. Stepanova, D. V. Sviridov // Molybdenum: Characteristics, Production and Applications / ed.: M. Ortiz [et al.]. – New York, USA, 2012. – P. 147–179.Sviridova T. V., Stepanova L. I., Sviridov D. V. Nano- and microcrystals of molybdenum trioxide and metal-matrix composites on their basis. Ortiz M., Herrera T. H. (ed.). Molybdenum: Characteristics, Production and Applications. New York, USA, 2012, pp. 147–179.Wedland, W. Reflectance Spectroscopy / W. Wedland, H. G. Hecht. – New York, 1966. – 298 p.Wedland W., Hecht H. G. Reflectance Spectroscopy. New York, 1966. 298 p.TiO2 Nanotubes – annealing effects on detailed morphology and structure / S. P. Albu [et al.] // Eur. J. Inorg. Chem. – 2010. – Vol. 2010, N 27. – P. 4351–4356. https://doi.org/10.1002/ejic.201000608Albu S. P. Tsuchiya H., Fujimoto S., Schmuki P. TiO2 Nanotubes – annealing effects on detailed morphology and structure. European Journal of Inorganic Chemistry, 2010, vol. 2010, no. 27, pp. 4351–4356. https://doi.org/10.1002/ejic.201000608Formation of titanium oxide nanotube / T. Kasuga [et al.] // Langmuir. – 1998. – Vol. 14, N 12. – P. 3160–3163. https://doi.org/10.1021/la9713816Kasuga T., Hiramatsu M., Hoson A., Sekino T., Niihara K. Formation of titanium oxide nanotube. Langmuir, 1998, vol. 14, no. 12, pp. 3160–3163. https://doi.org/10.1021/la9713816Mohamed, M. M. Synthesis, characterization and catalytic properties of titania-silica catalysts / M. M. Mohamed, T. M. Salama, T. Yamaguchi // Colloids and Surfaces. A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 2002. – Vol. 207, N 1–3. – P. 25–32. https://doi.org/10.1016/s0927-7757(02)00002-xMohamed M. M., Salama T. M., Yamaguchi T. Synthesis, characterization and catalytic properties of titania-silica catalysts. Colloids and Surfaces. A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2002, vol. 207, no. 1–3, pp. 25–32. https://doi.org/10.1016/s0927-7757(02)00002-xPanayotov, D. A. Depletion of conduction band electrons in TiO2 by water chemisorption – IR spectroscopis studies of the independence of Ti–OH frequencies on electron concentration / D. A. Panayotov, J. T. Yates // Chem. Phys. Letters. – 2005. – Vol. 410, N 1–3. – P. 11–17. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2005.03.146Panayotov D. A., Yates J. T. Depletion of conduction band electrons in TiO2 by water chemisorption – IR spectroscopic studies of the independence of Ti–OH frequencies on electron concentration. Chemical Physics Letters, 2005, vol. 410, no. 1–3, pp. 11–17. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2005.03.146

The authors declare that there are no conflicts of interest present.