Фотокаталитические свойства соединений Bi2GeO5 и Bi2SiO5, полученных кристаллизацией расплава

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследованы фотокаталитические свойства метастабильных висмутсодержащих соединений со структурой Ауривиллиуса Bi2GeO5 и Bi2SiO5, полученных кристаллизацией из расплава. Синтезированные образцы являются однофазными и проявляют электрохимическую активность в УФ (365 нм) и видимой (450 нм) областях спектра. Лучшие характеристики проявляются при облучении УФ-светом. Наибольший фототок проявляется при потенциале 1.5 В. Дополнительно была исследована скорость реакции разложения паров ацетона под действием видимого света (450 нм) и УФ-излучения (365 нм). Размолотые образцы показывают более высокие значения скорости разложения, чем объемные, что объясняется более развитой поверхностью молотого материала. При сравнении образцов, прошедших перемалывание, обнаружено, что при видимом освещении германат висмута демонстрирует более высокую скорость разложения паров ацетона (0.046 мкмоль/мин), чем силикат (0.039 мкмоль/мин). Однако при УФ-излучении показатели эффективности Bi2SiO5 и Bi2GeO5 близки друг к другу (0.152 и 0.159 мкмоль/мин).

Об авторах

Т. В. Бермешев

Сибирский федеральный университет

Email: tbermeshev@sfu-kras.ru
пр. Свободный, 79, Красноярск, 660041 Россия

Д. С. Селищев

Институт катализа СО Российской академии наук

пр. Академика Лаврентьева, 5, Новосибирск, 630090 Россия

Е. Н. Грибов

Институт катализа СО Российской академии наук

пр. Академика Лаврентьева, 5, Новосибирск, 630090 Россия

Д. В. Козлов

Институт катализа СО Российской академии наук

пр. Академика Лаврентьева, 5, Новосибирск, 630090 Россия

М. П. Бундин

Сибирский федеральный университет

пр. Свободный, 79, Красноярск, 660041 Россия

Е. В. Мазурова

Институт химии и химической технологии СО Российской академии наук

Академгородок, 50, стр. 24, Красноярск, 660036 Россия

Д. В. Хлыстов

Сибирский федеральный университет

пр. Свободный, 79, Красноярск, 660041 Россия

Список литературы

  1. Aurivillius B., Lindblom C.J., Stenson P. The Crystal Structure of Bi2GeO5 // Acta Chem. Scand. 1964. V. 8. № 6. P. 1555–1557.
  2. Park J., Kim B.G., Mori Sh., Oguchi T. Tetrahedral Tilting and Ferroelectricity in Bi2AO5 (A=Si, Ge) from First Principles Calculations // J. Solid State Chem. 2016. V. 235. P. 68–75. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2015.12.011
  3. Voskresenskaya E.N., Kurteeva L.I., Zhereb V.P., Anshits A.G. Oxidative Coupling of Methane Over Oxide Catalysts with Layered Structure // Catal. Today. 1992. V. 13. P. 599–602. https://doi.org/10.1016/0920-5861(92)80093-3
  4. Zhereb V.P., Voskresenskaya E.N., Kurteeva E.I., Kargin V.F., Anshits A.G. Role of Phase Boundary in Heterogeneous Oxide Catalysts for Oxidative Coupling of Methane // React. Kinet. Catal. Lett. 1993. V. 50. № 1–2. P. 327–332.
  5. Chen R., Bi J., Wu L., Li Z., Fu X. Orthorhombic Bi2GeO5 Nanobelts: Synthesis, Characterization and Photocatalytic Properties // Cryst. Growth Design. 2009. V. 9. № 4. P. 1775–1779. https://doi.org/10.1021/cg800842f
  6. Van Enckevort W.J.P., Smet F. In situ Microscopy of the Growth of Bismuth Germanate Crystals from High Temperature Melts // J. Cryst. Growth. 1987. V. 82. № 4. P. 678–688.
  7. Smet F., Van Enckevort W.J.P. In situ Microscopic Investigations of Crystal Growth Processes in the System Bi2O3–GeO2 // J. Cryst. Growth. 1990. V. 100. P. 417–432.
  8. Li Z.-Q., Lin X.-S., Zhang L., Chen X.-T., Xue Z.-L. Fast Preparation of Bi2GeO5 Nanoflakes Via a Microwave-Hydrothermal Process and Enhanced Photo- Catalytic Activity After Loading with Ag Nanoparticles // Mater. Res. Bull. 2012. V. 47. № 9. P. 2422–2427. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2012.05.032
  9. Stepanova I.V., Petrova O.B., Korolev G.M., Guslistov M.I., Zykova M.P., Avetisov R.I., Avetissov I. Ch. Synthesis of the Bi2GeO5 Ferroelectric Crystalline Phase from a Nonstoichiometric Batch // Phys. Status Solidi A. 2022. V. 219. 2100666. https://doi.org/10.1002/pssa.202100666
  10. Ren Y., Wang X., Liu X., Li H., Gao Sh. Synthesis and Visible Light Catalytic Activity of Ag3PO4/Bi2SiO5 Nanocomposites // J. Solid State Chem. 2023. V. 317. 123708. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2022.123708
  11. Venevtsev Yu.N., Bush A.A., Politova E.D. et al. New Ferroelectric Oxides: Synthesis, Crystal Structures, Phase Transitions and Properties // Ferroelectrics. 1985. V. 63. P. 217–226. https://doi.org/10.1080/00150198508221403
  12. Жереб В.П. Метастабильные состояния в оксидных висмутсодержащих системах. М.: МАКС Пресс, 2003. 162 с.
  13. Ren Y., Gao Sh., Zhu Y., Li H., Liu X., Wang X. BiPO4/Ag3PO4/Bi2SiO5 Heterojunction: Controllable Synthesis and its Enhancement of Visible Light Catalytic Activity // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2023. V. 34. 1200.
  14. Shabalina A.V., Golubovskaya A.G., Fakhrutdinova E.D., Kulinich S.A., Vodyankina O.V., Svetlichnyi V.A. Phase and Structural Thermal Evolution of Bi–Si–O Catalysts Obtained Via Laser Ablation // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 22. 4101.
  15. Haghighi A., Rahemi N., Fatehifar E., Shabani M. Ultrasound-Assisted Ionic Exchange and Solvothermal Synthesis of Bi2MoO6/Bi2SiO5/Bi12SiO20 Ternary Nanophotocatalysts for Visible Light-Driven Degradation Reaction of Pharmaceutical Pollutants // J. Environ. Chem. Eng. 2023. V. 11. 109601.
  16. Shi Y., Xu Sh., Wu Y., Han L., Guan M., Liu Q. Superior Photocatalytic Performance of a Novel Flower-Like Bi24Si2O40–Bi2O2SiO3 Composite Via Organic-Guided Crystal Growth and Bandgap Regulation // Opt. Mater. 2023. V. 135. 113346.
  17. Yuan K., Jia H., Chen D., Feng Y., Liang Y., Chen K., Hao D. In situ Synthesis of Bi2MoO6/Bi2SiO5 Heterojunction for Efficient Degrading of Persistent Pollutants // Materials. 2023. V. 16. № 10. 3631.
  18. Li J., Wang Ch., Zhou J., Wu Sh., Guo Zh., Wu Y., Luo Sh., Bao D., Gao H., Zhu Wen, Lu P. SPR-enhanced Visible Photoreactivity of Bi/Bi2SiO5 for Salicylic Acid Degradation // J. Solid State Chem. 2023. V. 318. 123733.
  19. Chen Y., Zhang Y., Shi X., Yang X., Luo L., Jiang F. Controllable Synthesis of Bi2SiO5/Bi4Si3O12 Heterostructure and it’s Specific Adsorption and Photocatalytic Performance // Solid State Sci. 2022. V. 132. 106986.
  20. Yu Z., Zhou Y., Zhang H., Zhang M., Zhang R., Yin H., Wang J. One-Pot Hydrothermal Preparation of Rich-Oxygen Vacant Bi2SiO5/CuBi2O4 Z-scheme Heterojunction for Visible Light-Driven Photocatalytic Removal of Antibiotic-Resistant Bacteria // Chem. Eng. J. 2023. V. 478. 147353.
  21. Xiong J., Zeng H.-Y., Peng J.-F., Xu Sh., Peng D.-Y., Yang Zh.-L. Construction of Ultrafine Ag2S NPs Anchored Onto 3D Network Rodlike Bi2SiO5 and Insight into the Photocatalytic Mechanism // Inorg. Chem. 2022. V. 61. Р. 11387–11398.
  22. Guan X., Zhang X., Zhang Ch., Li R., Liu J., Wang Y., Wang Y., Fan C., Li Z. In Situ Hydrothermal Synthesis of Metallic Bi Self-Deposited Bi2SiO5 with Enhanced Photocatalytic CO2 Reduction Performance // Sol. RRL. 2022. V. 6. 2200346.
  23. Ma H., Wang X., Jin R., Tan T., Zhou X., Fang R., Shen Y., Dong F., Sun Y. Promote Hydroxyl Radical and Key Intermediates Formation for Deep Toluene Mineralization Via Unique Electron Transfer Channel // J. Colloid Interface Sci. 2023. V. 630. Р. 704–713.
  24. Tanimu G., Al-Qathmi A.T., Aitani A.M., Asaoka S., Qureshi Z.S., Alasiri H. Oxidative Dehydrogenation of n-butenes to 1,3-butadiene Over Ni-BiOx Metal Oxides Supported on Mesoporous SBA-15 // Ind. Eng. Chem. Res. 2023. V. 62. Р. 2494–2503.
  25. Ma H., Wang X., Tan T., Zhou X., Dong F., Sun Y. Stabilize the Oxygen Vacancies in Bi2SiO5 for Durable Photocatalysis Via Altering Local Electronic Structure with Phosphate Dopant // Appl. Catal. B: Environ. 2022. V. 319. 121911.
  26. Back M., Casagrande E., Brondin C.A., Ambrosi E., Cristofori D., Ueda J., Tanabe S., Trave E., Riello P. Lanthanide-Doped Bi2SiO5@SiO2 Core–Shell Upconverting Nanoparticles for Stable Ratiometric Optical Thermometry // ACS Appl. Nano Mater. 2020. V. 3. № 3. P. 2594–2604.
  27. Ke Y., Huang W., Thatikonda S.K., Chen R., Yao C., Qin N., Bao D. Highly Frequency-, Temperature-, and Bias-Stable Dielectric Properties of 500°C Processed Bi2SiO5 thin Films with Low Dielectric Loss // Curr. Appl. Phys. 2020. V. 20. P. 751–754.
  28. Yamaguchi M., Hiraki K., Nagatomo T., Masuda Y. Preparation and Properties of Bi2SiO5/Si Structures // Jpn. J. Appl. Phys. 2000. V. 39. P. 5512–5516.
  29. Haldar T., Kumar U., Yadav B.C., Ravi Kanth Kumar V.V. Effect of Direct–Current Biasing on the Adjustable Radio-Frequency Negative Permittivity Characteristics of Bi2SiO5/Multiwall Carbon Nanotube Metacomposites // Ceram. Int. 2021. V. 47. P. 1389–1398.
  30. Yasumoto Y., Kuwano T., Taniguchi H., Fujihara Sh., Hagiwara M. Temperature-Stable Linear Dielectric Response of Low-Temperature Sintered La-doped Bi2SiO5 ceramics // ACS Appl. Electron. Mater. 2023. V. 5. № 8. Р. 4323–4329.
  31. Chen J., Liu Zh., Dong X., Gao Zh., Lin Y., He Y., Duan Y., Cheng T., Zhou Zh., Fu H., Luo F., Wu J. Vertically Grown Ultrathin Bi2SiO5 as High-κ Single-Crystalline Gate Dielectric // Nat. Commun. 2023. V. 14. 4406.
  32. Kodera M., Ishihama K., Shimizu T., Funakubo H. Preferential Growth of (001)-Oriented Bi2SiO5 thin Films Deposited on (101)-Oriented Rutile Substrates and their Ferroelectric and Dielectric Properties // Sci. Rep. 2022. V. 12. 15204.
  33. Жереб В.П., Бермешев Т.В., Каргин Ю.Ф., Мазурова Е.В., Денисов В.М. Фазовый состав и микроструктура продуктов кристаллизации расплава Bi2O3∙GeO2 при различных условиях охлаждения // Неорган. материалы. 2019. Т. 55. № 7. С. 782–797. https://doi.org/10.1134/S0002337X19060162
  34. Бермешев Т.В., Жереб В.П., Тас-Оол Р.Н., Мазурова Е.В., Метелица С.И. Расслаивание в системе Bi2O3–SiO2. Влияние условий охлаждения расплава на фазовый состав и микроструктуру продуктов затвердевания // Изв. АН. Сер. хим. 2021. № 8. С. 1462–1470.
  35. Бермешев Т.В., Жереб В.П., Губанов И.Ю., Набиулин А.Б., Ченцов В.П., Рябов В.В., Ясинский А.С., Мердак Н.В., Юшкова О.В., Бундин М.П., Беспалов В.М., Мазурова Е.В., Ворошилов Д.С., Подшибякина Е.Ю. Моделирование условий охлаждения германата висмута Bi2GeO5 // Письма в ЖТФ. 2021. Т. 47. № 15. С. 27–30.
  36. Бермешев Т.В., Жереб В.П., Бундин М.П., Залога А.Н., Ясинский А.С., Юшкова О.В., Ворошилов Д.С., Подшибякина Е.Ю., Губанов И.Ю., Мазурова Е.В., Набиулин А.Б., Ченцов В.П., Рябов В.В., Якивьюк О.В. Моделирование процесса охлаждения расплава Bi2O3∙SiO2 и продуктов его затвердевания в различных условиях // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 10. С. 1094–1100. https://doi.org/10.31857/S0002337X22100025
  37. Бермешев Т.В., Жереб В.П., Рабчевский Е.В., Зверев В.А., Ворошилов Д.С., Ясинский А.С., Мазурова Е.В., Бундин М.П., Самойло А.С., Беспалов В.М., Юшкова О.В., Подшибякина Е.Ю., Хлыстов Д.В. Метастабильные висмутсодержащие катализаторы Bi2O3: GeO2 и Bi2O3: SiO2 в реакции окислительной димеризации метана // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 12. С. 1342–1352. https://doi.org/10.31857/S0002337X22120016
  38. Kovalevskiy N., Svintsitskiy D., Cherepanova S., Yakushkin S., Martyanov O., Selishcheva S., Gribov E., Kozlov D., Selishchev D. Visible-Light-Active N-doped TiO2 Photocatalysts: Synthesis from TiOSO4, Characterization, and Enhancement of Stability Via Surface Modification // Nanomaterials. 2022. V. 12. 4146. https://doi.org/10.3390/nano12234146
  39. Kovalevskiy N.S., Selishcheva S.A., Solovyeva M.I., Selishchev D.S. In situ IR Spectroscopy Data and Effect of the Operational Parameters on the Photocatalytic Activity of N-doped TiO2 // Data Brief. 2019. V. 24. 103917. https://doi.org/10.1016/J.DIB.2019.103917

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025