Фотокаталітична активність металоксидних систем на основі допованих d–елементами сплавів титану

Abstract

ДослідженоCo-,W-, Mo- таZn- вмісні гетеро-оксидні наноструктуровані покриття на титані та його сплавах, сформовані методом плазмо-електролітного оксидування (ПЕО) у гальваностатичному режимі з лужних електролітів. Морфологію поверхні сформованих покриттів вивчали методом сканівної мікроскопії на мікроскопі ZEISS EVO 40XVP. Фазовий склад одержаних покриттів визначали на рентгенівському дифрактометрі ДРОН-2. Фотокаталітичну активність плівок ZnO-WO3/TiO2, ZnO-МоO3/TiO2, ZnO-Со3O4/TiO2, СоO-WO3/TiO2 тестували в модельній реакції розкладання водного розчину барвника метилового жовтогарячого з концентрацією 12,2·10-5 моль/л (МЖ) при УФ опроміненні. Показано, що при плазмо-електролітному оксидуванні титану та його сплавів у лужних дифосфатних електролітах в режимі «спадаючої потужності» формуються гетероструктурні композіції з мікро-глобулярною морфологією поверхні. Підтверджено можливість керування фазовим та елементним складом оксидних шарів, а також топографією поверхні за рахунок зміни складу електроліту і вмісту окремих компонентів, а також режимів формування. Сформовані у ПЕО-режимах гетерооксидні покриття різняться складом і морфологією поверхні, але всі виявляють фотокаталітичні властивості різного ступеню активності. Дослідження за допомогою УФ-тестування фотокаталітичної активності одержаних покриттів в реакції розкладання азобарвника дозволило провести ранжування гетерооксидних систем за означеним параметром. Так, ступінь розкладання МЖ на плівках ZnO-WO3/TiO2 за 50 хвилин склала 23 %. Метал-оксидні системи ZnO-Со3O4/TiO2 мали схожі характеристики ступеню розкладання – 21 %. Інкорпорація оксидів СоO таWO3 до складу покриття знизило каталітичну активність системи до 19 %. Нестабільний режим формування оксидів ZnO-МоO3/TiO2 та низька швидкість процесу вплинули на якість каталітичної активності покриття, що зменшило ступінь розкладання МЖ до значень, притаманних монооксиду оксиду титану Ті/ТіО2 без допантів. Порівняння кількісних характеристик властивостей отриманих покриттів дозволило визначили вплив допантів, інкорпорованих до складу метал-оксидних систем, на їх фотокаталітичну активність.

CO-, W-, MO- and Zn-containing hetero-oxide nanostructured coatings on titanium and its alloys formed by plasma-electrolyte oxidation in galvanostatic mode from alkaline electrolytes were investigated. The morphology of the surface of the formed coatings was studied by scanning microscopy on the Zeiss Evo 40XVP microscope. The phase composition of the obtained coatings was determined on the X-ray diffractometer Drone-2. Photocatalytic activity of ZnO-WO3/TiO2films, ZnO-MOO3/TIO2, ZnO-Co3O4/TiO2, CoO-WO3/TiO2tested in a model reaction of decomposition of an aqueous solution of azobye with a concentration of 12,2·10-5mol/L (MО) at UV irradiation. It is shown that with plasma-electrolyte oxidation of titanium and its alloys in alkaline diphosphate electrolytes in the mode of «drop-down power» forming heterostructural composites with micro-globular surface morphology. The possibility of controlling the phase and elemental composition of oxide layers, as well as the topography of the surface by changing the composition of the electrolyte and the content of individual components, as well as the modes of formation is confirmed. Heteroxide coatings formed in PEO modes differ in composition and surface morphology, but all exhibit photocatalytic properties of varying degrees of activity. The study of the photocatalytic activity of the obtained coatings in the azo dye decomposition reaction by means of UV testing allowed to rank the heteroxide systems according to the specified parameter. Thus, the degree of decomposition of MF on ZnO-WO3/TiO2films in 50 minutes was 23 %. Metal oxide systems ZnO-Co3O4/TiO2had similar characteristics of the degree of decomposition – 21 %. The incorporation of CoO and WO3oxides into the coating composition reduced the catalytic activity of the system to 19 %. The unstable mode of formation of ZnO-MoO3/TiO2oxides and the low speed of the process have affected the quality of the catalytic coating activity, reduced the degree of decomposition of MO to values of titanium monoxide Ti/TiO2without dopants. Comparison of quantitative characteristics of the properties of the obtained coatings allowed to determine the effects of dopants, incorporated into metal oxide systems, on their photocatalytic activity.