Вплив допування йонами мангану на структуру, оптичні та фотокаталітичні властивості мезопористих TiO₂ плівок

Abstract

Прозорі, оптично однорідні мезопористі плівки ТіО₂, модифіковані іонами Мn²⁺, одержані золь-гель методом і охарактеризовано за допомогою оптичної, рентгенівської та раманівської спектроскопії. Каталітична активність синтезованих плівок була досліджена в реакції фотовідновлення йонів Cr (VI) до Cr (ІІI). Концентрація допанта коливалась від 0,5 до 20 атомних %. Легування йонами мангану призводить до батохромного зсуву краю поглинання та зменшує ширину забороненої зони від 3,3 (ТіО₂) та 3,0 еВ (5 % Мn/ТіО2) до 2,6 еВ для 20 % Мn/ТіО₂. Товщина плівки при легуванні Мn, для плівки ТіО₂ (64 нм) збільшується в середньому на 40-50 нм. Показник заломлення таких плівок від 1,87 – 1,94 для (0 – 10% )Мn/ТіО₂ зростає до значення 2,6 зі збільшенням концентрації допанта до 20 %,, що може бути викликане утворенням нової фази в структурі покриття або зменшенням пористості плівки. Також підвищення вмісту Мn²⁺ впливає на кристалічну структуру ТіО₂, призводячи до зниження температури фазового переходу анатаз-рутил в плівках.

Homogeneous, optically transparent mesoporous titania films modified with Mnn+ ions have been produced by templated sol-gel method and characterized by optical, XRD and Raman spectroscopy. Catalytic activity of prepared films have been tested in the Cr(VI) anion photoreduction. Dopant amount was varied from 0.5 to 20 atomic%. Doping with Mn ions leads to bathochromic shift of the absorption edge and to the band gap decrease from 3.3eV (ТіО₂), 3.0 (5%Mn/ТіО₂) up to 2.6 eV for 20 % Mn/ТіО₂. The increase of the dopant concentration up to 20 % resulted in refractive index growing to a value of 2.6, which can be caused by the formation of a new phase in the coverage structure, or reducing the film porosity. Also, the Mn²⁺ content affects the crystalline structure of ТіО₂ lowering the anatase-rutile phase transition temperature of the films.

Оптически прозрачные, однородные мезопористые пленки ТіО₂, модифицированные ионами Мn²⁺, полученные золь-гель методом и охарактеризованы методами оптической, рентгеновской и рамановской спектроскопии. Каталитическая активность синтезированных пленок исследована в реакции фотовосстановления ионов Cr (VI) до Cr (ІІI). Концентрация допанта колебалась от 0,5 до 20 атомных%. Легирование ионами марганца приводит к батохромному сдвигу края поглощения и уменьшению ширины запрещенной зоны от 3,3 (ТіО₂), 3,0 (5% Мn/ТіО₂) к 2,6 эВ для 20% Мn/ТіО₂. Толщина пленки при легировании Мn, для пленки ТіО₂ (64 нм) возрастает в среднем на 40 – 50 нм. Показатель преломления таких пленок 1,87 – 1,94 для (0-10% )Мn/ТіО₂ и возрастает до значения 2,6 при увеличении концентрации допанта до 20 %, что может быть вызвано образованием новой фазы в структуре покрытия или уменьшением пористости пленки. Также содержание Мn²⁺ влияет на кристаллическую структуру ТіО, понижая температуру фазового перехода анатаз-рутил в пленках.