Гидротермальный синтез и фотокаталитические свойства оксида вольфрама, допированного железом

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Гидротермальным методом синтеза получены твердые растворы замещения общей формулы h-W1–xFexO3 (0.01 ≤ x ≤ 0.06), кристаллизующиеся в гексагональной сингонии на основе h-WO3. Показано, что кристаллическая решетка синтезированных соединений h-W1–xFexO3 стабилизируется катионами NH4+ в гексагональных каналах. С помощью квантово-химических расчетов доказано, что допирование железом реализуется замещением катионов в подрешетке вольфрама, а не интеркаляцией в каналы решетки. При этом допант не является самостоятельным участником в реакциях с h-W1–xFexO3, обусловливая лишь реорганизацию прифермиевских состояний матрицы h-WO3. Установлено, что область гомогенности твердого раствора по иону-допанту определяется величиной рН рабочего раствора. Наибольшей удельной поверхностью (108 м2/г) обладает h-W0.94Fe0.06O3, синтезированный при рН 2.3. Его фотоактивность по отношению к 1,2,4-трихлорбензолу в несколько раз превосходит аналогичный параметр для m-W0.94Fe0.06O3.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. С. Захарова

Институт химии твердого тела УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: volkov@ihim.uran.ru
Россия, Екатеринбург

Н. В. Подвальная

Институт химии твердого тела УрО РАН

Email: volkov@ihim.uran.ru
Россия, Екатеринбург

Т. И. Горбунова

Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН

Email: volkov@ihim.uran.ru
Россия, Екатеринбург

М. Г. Первова

Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН

Email: volkov@ihim.uran.ru
Россия, Екатеринбург

А. Н. Еняшин

Институт химии твердого тела УрО РАН

Email: volkov@ihim.uran.ru
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Cole B., Marsen B., Miller E. et al. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. № 13. P. 5213. https://doi.org/10.1021/ jp077624c
  2. Huang Z.-F., Song J., Pan L. et al. // AdV. Mater. 2015. V. 27. № 36. P. 5309. https://doi.org/10.1002/adma.201501217
  3. Филиппова А.Д., Румянцев А.А., Баранчиков А.Е. и др. // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 6. С. 706.
  4. Zeng F., Wang J., Liu W. et al. // Electrochim. Acta. 2020. V. 334. P. 135641. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.135641
  5. Ueda T., Maeda T., Huang Z. // Sens. Actuators, B: Chem. 2018. V. 273. P. 826. https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.06.122
  6. Wen R., Granqvist C.G., Niklasson G.A. // Nature Mater. 2015. V. 14. № 10. P. 996. https://doi.org/10.1038/nmat4368
  7. Purushothaman K.K., Muralidharan G., Vijayakumar S. // Mater. Lett. 2021. V. 296. P. 129881. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.129881
  8. Razali N.A.M., Salleh W.N.W., Aziz F. et al. // J. Clean. Prod. 2021. V. 309. P. 127438. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127438
  9. Peleyeju M.G., Viljoen E.L. // J. Water Process Eng. 2021. V. 40. P. 101930. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2021.101930
  10. Desseignea M., Dirany N., Chevallier V., Arab M. // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 483. P. 313. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.03.269
  11. Liang Y., Yang Y., Zou C. et al. // J. Alloys Compd. 2019. V. 783. P. 848. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.384
  12. Hernandez-Uresti D.B., Sánchez-Martínez D., Martínez-de la Cruz A. et al. // Ceram. Int. 2014. V. 40. № 3. P. 4767. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.09.022
  13. Zakharova G.S., Podval’naya N.V., Gorbunova T.I. et al. // J. Alloys Compd. 2023. V. 938. P. 168620. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.168620
  14. Dutta V., Sharma S., Raizada P. et al. // J. Environ. Chem. Eng. 2021. V. 9. № 1. P. 105018. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.10501
  15. Yuju S., Xiujuan T., Dongsheng S. et al. // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2023. V. 259. P. 114988. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2023.114988
  16. Козлов Д.А., Козлова Т.О., Щербаков А.Б. и др. // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 7. С. 1088.
  17. Kozlov D.A., Kozlova T.O, Shcherbakov A.B. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 7. P. 1003. https://doi.org/10.1134/S003602362007013X
  18. Govindaraj T., Mahendran C., Marnadu R. et al. // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 3. P. 4267. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.10.004
  19. Govindaraj T., Mahendran C., Chandrasekaran J. et al. // J. Phys. Chem. Solids. 2022. V. 170. P. 110908. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2022.110908
  20. Захарова Г.С., Подвальная Н.В., Горбунова Т.И., Первова М.Г. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 4. С. 435.
  21. Shandilya P., Sambyal S., Sharma R. et al. // J. Hazard. Mater. 2022. V. 428. P. 128218. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128218
  22. Samuel O., Othman M.H.D., Kamaludin R. et al. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 5. P. 5845. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.11.158
  23. Murillo-Sierra J.C., Hernández-Ramírez A., Hinojosa-Reyes L., Guzmán-Mar J.L. // Chem. Eng. J. AdV. 2021. V. 5. P. 100070. https://doi.org/10.1016/j.ceja.2020.100070
  24. Shannow R.D. // Acta Crystallogr., Sect. A: Found. Crystallogr. 1976. V. 32. № 5. P. 751. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551
  25. Renitta А., Vijayalakshmi K. // Catal. Commun. 2016. V. 73. P. 58. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2015.10.014
  26. Sheng C., Wang C., Wang H. et al. // J. Hazard. Mater. 2017. V. 328. P. 127. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2017.01.018
  27. Shen Y., Shou J., Chen L. et al. // Appl. Catal., A: General. 2022. V. 643. P. 118739. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2022.118739
  28. Zhang Z., Had M., Wen Z. et al. // Appl. Surf. Sci. 2018. V. 434. P. 891. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.10.074
  29. Ilager D., Seo H., Shetti N.P., Kalanur S.S. // J. Environ. Chem. Eng. 2020. V. 8. № 6. P. 104580. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104580
  30. Rajalakshmi R., Sivaselvam S., Ponpandian N. // Mater. Lett. 2021. V. 304. P. 130664. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130664
  31. Ma G., Chen Z., Chen Z. et al. // Mater. Today Eng. 2017. V. 3. P. 45. http://dx.doi.org/10.1016/j.mtener.2017.02.003
  32. Laxmi V., Kumar А. // Mater. Sci. Semicond. Process. 2019. V. 104. P. 104690. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2019.104690
  33. Mehmood F., Iqbal J., Jan T., Mansoor Q. // J. Alloys Compd. 2017. V. 728. P. 1329. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.08.234
  34. Gao H., Zhu L., Peng X. et al. // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 592. P. 153310. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.153310
  35. Song H., Li Y., Lou Z. et al. // Appl. Catal. B: Environ. 2015. V. 166−167. P. 112. http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.11.020
  36. Merajin M.T., Nasiri M., Abedini E., Sharifnia S. // J. Environ. Chem. Eng. 2018. V. 6. № 5. P. 6741. https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.10.037
  37. Ordejón P., Artacho E., Soler J.M. // Phys. Rev. B. 1996. V. 53. № 16. P. R10441(R). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.53.R10441
  38. García A., Papiore N., Akhtar A. et al. // J. Chem. Phys. 2020. V. 152. № 20. P. 204108. https://doi.org/10.1063/5.0005077
  39. Patterson A.L. // Phys. Rev. Lett. 1939. V. 56. P. 978.
  40. Al-Kuhaili M.F., Drmosh Q.A. // Mater. Chem. Phys. 2022. V. 281. P. 125897. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2022.125897
  41. Wang H., Zhang L., Zhou Y. et al. // Appl. Catal. B: Environ. 2020. V. 263. P. 118331. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118331
  42. Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W. et al. // Pure Appl. Chem. 1985. V. 57. № 4. P. 603. https://doi.org/10.1351/pac198557040603
  43. Thöny A., Rossi M.J. // J. Photochem. Photobiol. A. 1997. V. 104. № 1−3. P. 25. https://doi.org/10.1016/S1010-6030(96)04575-3
  44. Фаттахова З.А., Вовкотруб Э.Г., Захарова Г.С. // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. № 1. С. 41.
  45. Fattakhova Z.A., Vovkotrub E.G., Zakharova G.S. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 1. P. 35. https://doi.org/10.1134/S0036023621010022

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Дифрактограммы порошков оксида вольфрама, допированного железом(III), состава h-W1–xFexO3, синтезированные при рН 1.7 (а) и x = 0.01 (1), 0.03 (2), 0.05 (3), при рН 2.3 (б) и x = 0.01 (1), 0.03 (2), 0.06 (3). Для образцов с максимальным содержанием иона-допанта дополнительно приведены расчетные дифрактограммы и разностные кривые. Вертикальными линиями указаны позиции рефлексов

Скачать (378KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Концентрационные зависимости параметров элементарной ячейки a (a), c (б), V (c) для WO3, допированного железом(III), синтезированного при рН 1.7 (1) и 2.3 (2)

Скачать (113KB)
Метаданные
4. Рис. 3. СЭМ-изображения h-W0.95Fe0.05O3 (а) и h-W0.94Fe0.06O3 (б), синтезированных при рН 1.7 и 2.3. Спектр рентгеновского энергодисперсионного микроанализа для образца h-W0.94Fe0.06O3 (в). Дополнительный пик от углерода обусловлен подложкой, применяемой для фиксации образца

Скачать (604KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ИК- (а) и КР-спектры (б) h-WO3 (1), h-W0.95Fe0.05O3 (2) и h-W0.94Fe0.06O3 (3), синтезированных при рН 1.7 и 2.3 соответственно. Полосы вазелинового масла обозначены звездочкой

Скачать (231KB)
Метаданные
6. Рис. 5. ТГ-, ДСК- и МС-кривые для h-W0.95Fe0.05O3 (а) и h-W0.94Fe0.06O3 (б), синтезированных при рН 1.7 и 2.3 соответственно

Скачать (205KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Плотности электронных состояний (ПС), рассчитанные методом DFT, для h-WO3 и h-W1–xFexO3 с модельными составами (NH4)0.33WO3 · 0.33H2O (а) и (NH4)0.50W0.95Fe0.05O3 · 0.33H2O (б) соответственно

Скачать (243KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Изотермы сорбции (1 — адсорбция, 2 — десорбция) и кривые распределения пор по размерам (вставки) h-W0.95Fe0.05O3 (a) и h-W0.94Fe0.06O3 (б), полученных при рН 1.7 и 2.3 соответственно

Скачать (225KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Спектры поглощения в УФ- и видимом диапазонах (а), зависимости (αhv)1/2 от энергии фотона (Е) в области края поглощения (б) для h-WO3 (1), h-W0.99Fe0.01O3 (2), h-W0.97Fe0.03O3 (3) и h-W0.94Fe0.06O3 (4), синтезированных при рН 2.3

Скачать (271KB)
Метаданные
10. Доп. материалы
Скачать (241KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024