СИНТЕЗ КОМПОЗИТНИХ ФОТОКАТАЛІТИЧНИХ ПЛІВОК CU-TIO2
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2025.2.1.31Ключові слова:
метансульфонатний розчин, композиційні покриви, діоксид титану, мідь, фотокаталіз, структура, фотодеструкція, електроосадженняАнотація
Електроосадження композиційних покривів на основі міді розглядається як перспективний напрям створення сучасних поліфункціональних матеріалів. Однією з ключових сфер їх використання є системи очищення газових викидів і стічних вод. Органічні забруднювачі, характерні для текстильної, харчової та лакофарбової промисловості, ефективно піддаються фотодеструкції за участю каталізаторів. Найчастіше в ролі фотокаталізаторів застосовують напівпровідникові оксидні матеріали, зокрема діоксид титану. Найбільш перспективною сферою застосування композитів, що містять TiO2, є фотокаталітична деструкція забруднюючих речовин.Титан діоксид добре відомий як напівпровідник n-типу з відносно високою швидкістю рекомбінації фотоіндукованих носіїв заряду. Властивості титан діоксиду є функцією кристалічної структури, розміру і морфології наночастинок. Особливості конструкції обладнання для очищення стоків вимагають закріплення частинок TiO2 у жорсткій матриці. Оптимальним рішенням є нанесення композитних плівок методом електроосадження, наприклад, Cu–TiO2. Вирішальну роль у формуванні властивостей композитів і виборі технологічних параметрів процесу відіграє склад розчину. Для одержання композитів Cu–TiO2 в роботі використано метансульфонатний розчин, який характеризується високою розчинністю солей і електрохімічною індиферентністю. З’ясовано, що фотокаталітичні властивості композиційних плівок Cu–TiO2, одержаних із метансульфонатного розчину, залежать від кількості включеного в плівки діоксиду титану. Показано, що зростання вмісту TiO2 в плівках з 0,1 до 1,3 мас.% супроводжується підвищенням ефективності фотодеструкції барвника з 6 до 15,5 %. Запропонований склад розчину демонструє високу ефективність для синтезу композиційних плівок фотокаталізаторів, призначених для очищення стічних вод від органічних забруднень.
Посилання
Aruna S. T., Muniprakash M., Grips V. W. Effect of titania particles preparation on the properties of Ni–TiO2 electrodeposited composite coatings. Journal of Applied Electrochemistry. Vol. 43(8). 2013. Р. 805–815.
Mohajeri S., Dolati A., Ghorbani M. The influence of pulse plating parameters on the electrocodeposition of Ni–TiO2 nanocomposite single layer and multilayer structures on copper substrates. Surface and Coatings Technology. Vol. 262. 2015. Р. 173–183.
Walsh F. C., Low C. T. J., Bello J. O. Influence of surfactants on electrodeposition of a Ni-nanoparticulate SiC composite coating. Transactions of the Institute of Metal Finishing. Vol. 93(13). 2015. Р. 147–156.
Яворська Н. М., Підгайчук С. Я., Дробот О. С. Оцінка зносостійкості композиційних електрохімічних покриттів на основі нікелю з нановключеннями нітридів. Вісник Хмельницького національного університету. Технічні науки. Т.5. 2015. С. 33–37.
Aliofkhazraei M., Ahangarani S., Rouhaghdam A. S. Effect of the duty cycle of pulsed current on nanocomposite layers formed by pulsed electrodeposition. Rare metals. Vol. 29(2). 2010. Р. 209–213.
Wang L., Li Y., Yin X., Wang Y., Lu L., Song A., Shao G. Comparison of three nickel-based carbon composite catalysts for hydrogen evolution reaction in alkaline solution. International Journal of Hydrogen Energy. Vol. 42(36). 2017. Р. 22655–22662.
Mahlambi M. M., Mishra A. K., Mishra S. B., Raichur A. M., Mamba B. B., Krause R. W. Layer-by-layer self- assembled metal-ion-(Ag-, Co-, Ni-, and Pd-) doped TiO2 nanoparticles: synthesis, characterisation, and visible light degradation of Rhodamine B. Journal of Nanomaterials. Vol. 2012. 2012. P. 1–12.
Fan L., Long J., Gu Q., Huang H., Lin H., Wang X. Single-site nickel-grafted anatase TiO2 for hydrogen production: toward understanding the nature of visible-light photocatalysis. Journal of Catalysis. Vol. 320. 2014. P. 147–159.
Liu Q., Ding D., Ning C., Wang X. Cobalt-phosphate/Ni-doped TiO2 nanotubes composite photoanodes for solar water oxidation. Materials Science and Engineering: B. Vol. 202. 2015. P. 54–60.
Gupta S., Tripathi M. A review on the synthesis of TiO2 nanoparticles by solution route. Open Chemistry. Vol. 10. 2012. P. 279–294.
Oskam G., Nellore A., Penn R. L., Searson P. C. The growth kinetics of TiO2 nanoparticles from titanium (IV) alkoxide at high water/titanium ratio. The Journal of Physical Chemistry B. Vol. 107. 2003. P. 1734–1738.
Banfield, J. Thermodynamic analysis of phase stability of nanocrystalline titania. Journal of Materials Chemistry. Vol. 8. 1998. P. 2073–2076.
Zhang H., Banfield J. F. New kinetic model for the nanocrystalline anatase-to-rutile transformation revealing rate dependence on number of particles. American Mineralogist. Vol. 84. 1999. P. 528–535.
Ranade M. R., Navrotsky A., Zhang H. Z., Banfield J. F., Elder S. H., Zaban A., Whitfield H. J. Energetics of nanocrystalline TiO2. Proceedings of the National Academy of Sciences. Vol. 99. 2002. P. 6476–6481.
Zhang H., Banfield J. F. Size dependence of the kinetic rate constant for phase transformation in TiO2 nanoparticles. Chemistry of materials. Vol. 17. 2005. P. 3421–3425.
Gupta V. K., Jain R., Nayak A., Agarwal S., Shrivastava M. Removal of the hazardous dye-Tartrazine by photodegradation on titanium dioxide surface. Materials Science and Engineering: C. Vol. 31. 2011. P. 1062–1067.
Davis R. J., Gainer J. L., O’Neal G., Wu I. W. Photocatalytic decolorization of wastewater dyes. Water Environment Research. Vol. 66. 1994. P. 50–53.
Ochiai T., Fujishima A. Photoelectrochemical properties of TiO2 photocatalyst and its applications for environmental purification. Journal of Photochemistry and photobiology C: Photochemistry reviews. Vol. 13. 2012. P. 247–262.
Hashimoto K., Irie H., Fujishima A. TiO2 photocatalysis: a historical overview and future prospects. Japanese journal of applied physics. Vol. 44. 2005. P. 8269–8285.
Nakata K., Ochiai T., Murakami T., Fujishima A. Photoenergy conversion with TiO2 photocatalysis: new materials and recent applications. Electrochimica Acta. Vol. 84. 2012. P. 103–111.
Spanou S., Kontos A. I., Siokou A., Kontos A. G., Vaenas N., Falaras P., Pavlatou E. A. Self cleaning behaviour of Ni/nano-TiO2 metal matrix composites. Electrochimica Acta. Vol. 105. 2013. P. 324–332.
Walsh F. C., Ponce de Leon C. A review of the electrodeposition of metal matrix composite coatings by inclusion of particles in a metal layer: an established and diversifying technology. Transactions of the IMF. Vol. 92. 2014. P. 83–98.
Zeng Y. B., Qu N. S., Hu X. Y. Preparation and Characterization of Electrodeposited NiCeO2 Nanocomposite Coatings with High Current Density. International journal of electrochemical science. Vol. 9. 2014. P. 8145–54.
Zhang Z., Jiang C., Wu X., Ma N. Effect of particle concentration on property of electrodeposited Ni-ZrC nanocomposites. Materials Research Innovations. Vol. 18. 2014. P. 146–151.
Garcia I., Fransaer J., Celis J. P. Electrodeposition and sliding wear resistance of nickel composite coatings containing micron and submicron SiC particles. Surface and Coatings Technology. Vol. 148. 2001. P. 171–178.
Ebrahimi F., Ahmed Z. The effect of current density on properties of electrodeposited nanocrystalline nickel. Journal of Applied Electrochemistry. Vol. 33. 2003. P. 733–739.
Li Y., Wu K., Zhitomirsky I. Electrodeposition of composite zinc oxide–chitosan films. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. Vol. 356(1–3). 2010. P. 63–70.
Schrand A. M., Flens S. A. C., Shenderov O. A. Nanodiamond Particles: Properties and Perspectives for Bioapplications. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. Vol. 34(1). 2009. P. 18–74.
Bercot, P., Pena-Munoz E., Pagetti J. Electrolytic composite Ni-PTFE coatings: an adaptation of Guglielmi’s model for the phenomena of incorporation. Surface and Coatings Technology. Vol. 157(2). 2002. Р. 282–289.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
