ВЛИЯНИЕ ОТНОШЕНИЯ Fe:W В ТЕТРАБОРАТНОМ ЭЛЕКТРОЛИТЕ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ОКСИДНЫХ СЛОЕВ НА ТИТАНЕ, ФОРМИРУЕМЫХ МЕТОДОМ ПЛАЗМЕННО-ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОКСИДИРОВАНИЯ
Аннотация
Изучено влияние концентрации вольфрамата натрия в тетраборатном электролите, содержащем хелатные комплексы Fe(III) с ЭДТА, на состав, оптические и фотокаталитические свойства пленочных композитов Ti/TiO2-WO3-Fe2(WO4)3, сформированных одностадийным методом плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО). Проведенные исследования показали, что добавки вольфрамата натрия способствуют получению качественных и сплошных ПЭО-покрытий. Согласно данным рентгенофазового анализа (РФА), во всех сформированных покрытиях присутствует оксид вольфрама WO3 в кубической модификации и Fe2(WO4)3 в моноклинной модификации. Изменение мольного отношения Fe:W в электролите от 1:1 до 1:3 за счет увеличения концентрации Na2WO4 приводит к увеличению толщины от 24 до 33 мкм, уменьшению содержания железа от 10 до 4 ат.%, но практически не влияет на содержание вольфрама в оксидных слоях. Согласно спектрам диффузионного отражения, покрытия без железа (TiO2-WO3) поглощают только УФ свет. Наличие железа в составе покрытий приводит к красному смещению спектра, свидетельствуя об их способности поглощать излучение в видимой области спектра. Это подтверждают значения ширины запрещенной зоны Eg, определенные методом Тауца для прямых разрешенных переходов. С уменьшением содержания железа в образцах Eg возрастает от 2,01 до 2,68 эВ. Для образцов, полученных в тетраборатно-вольфраматном электролите без добавления комплексов железа, Eg=3,0 эВ. Все полученные композиты проявляют практически одинаковую фотокаталитическую активность в деградации метилового оранжевого (10 мг/л, pH 6,8) в присутствии пероксида водорода (С(Н2О2) = 10 ммоль/л) под действием УФ и видимого света.
Для цитирования:
Будникова Ю.Б., Васильева М.С., Лукиянчук И.В. Влияние отношения Fe:W в тетраборатном электролите на характеристики оксидных слоев на титане, формируемых методом плазменно-электролитического оксидирования. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 1. С. 79-87. DOI: 10.6060/ivkkt.20256802.7072.
Литература
Popova S.A., Tsenter I.M., Garkusheva N.M., Matafonova G.G., Batoev V.B. Water treatment and dis-infection by UV radiation of the LED matrix (365 nm) in the ferrous-persulfate system. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 2. P. 134 – 143. DOI: 10.6060/ivkkt.20226502.6457.
Zhang M., Dong H., Zhao L., Wang D., Meng D. A review on Fenton process for organic wastewater treat-ment based on optimization perspective. Sci. Total Environ. 2019. V. 670. P. 110–121. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.03.180.
Zhang F., Wang X., Liu H., Liu C., Wan Y., Long Y., Cai Z. Recent advances and applications of semiconduc-tor photocatalytic technology. Appl. Sci. 2019. V. 9. N 12. P. 2489. DOI: 10.3390/app9122489.
Zhang L., Jaroniec M. Toward Designing Semiconductor-Semiconductor Heterojunctions for Photocatalytic Applications. Appl. Surf. Sci. 2018. V. 430. P. 2–17. DOI: 10.1016/j.apsusc.2017.07.192.
Alharthi F.A., Alanazi H.S., Alsyahi A.A., Ahmad N. Hydrothermal synthesis, characterization and exploration of photocatalytic activities of polyoxometalate: Ni-CoWO4 Nanoparticles. Crystals. 2021. V. 11. N 5. P. 456. DOI: 10.3390/cryst11050456.
Costa M.J. dos S., Lima A.E.B., Ribeiro E.P., Costa G. dos S., Longo E., da Luz G.E., Cavalcante L.S., Santos R. da S. Transition metal tungstates AWO4 (A2+ = Fe, Co, Ni, and Cu) thin films and their photoelectrochemical be-havior as photoanode for photocatalytic applications. J. Appl. Electrochem. 2023. V. 53. P. 1349–1367. DOI: 10.1007/s10800-023-01851-w.
Vasilyeva M.S., Lukiyanchuk I.V., Sergeev A.A., Ser-geeva K.A., Chernykh I.V. Plasma electrolytic synthesis and characteristics of WO3–FeO–Fe2O3 and WO3–FeO–Fe2(WO4)3 heterostructures. Prot. Met. Phys. Chem. Surfaces. 2021. V. 57. P. 543–549. DOI: 10.1134/S2070205 121030242.
Vasilyeva M.S., Lukiyanchuk I.V., Sergeev A.A., Ser-geeva K.A., Ustinov A.Y., Tkachev V.V., Arefieva O.D. Plasma electrolytic synthesis and characterization of oxide coatings with MWO4 (M = Co, Ni, Cu) as photo-Fenton heterogeneous catalysts. Surf. Coat. Technol. 2021. V. 424. P. 127640. DOI: 10.1016/J.SURFCOAT.2021.127640.
Ke J., Adnan Younis M., Kong Y., Zhou H., Liu J., Lei L., Hou Y. Nanostructured ternary metal tungstate-based photocatalysts for environmental purification and solar water splitting: A Review. Nano-Micro Lett. 2018. V. 10. P. 1–27. DOI: 10.1007/s40820-018-0222-4.
Cheng M., Zeng G., Huang D., Lai C., Xu P., Zhang C., Liu Y., Wan J., Gong X., Zhu Y. Degradation of atrazine by a novel Fenton-like process and assessment the influence on the treated soil. J. Hazard. Mater. 2016. V. 312. P. 184–191. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2016.03.033.
Boudghene Stambouli H., Guenfoud F., Benomara A., Mokhtari M., Sönmez-Çelebi M. Synthesis of FeWO4 Heterogeneous Composite by the Sol–Gel Process: Enhanced Photocatalytic Activity on Malachite Green. Re-act. Kinet. Mech. Catal. 2021. V. 133. P. 563–578. DOI: 10.1007/ s11144-021-01994-x.
Guo J., Zhou X., Lu Y., Zhang X., Kuang S., Hou W. Monodisperse spindle-like FeWO4 nanoparticles: Con-trolled hydrothermal synthesis and enhanced optical properties. J. Solid State Chem. 2012. V. 196. P. 550–556. DOI: 10.1016/ j.jssc.2012.07.026.
Zazo J.A., Casas J.A., Mohedano A.F., Gilarranz M.A., Rodríguez J.J. Chemical pathway and kinetics of phenol oxidation by Fenton’s reagent. Environ. Sci. Technol. 2005. V. 39. P. 9295–9302. DOI: 10.1021/ES050452H.
Amrute A.P., De Bellis J., Felderhoff M., Schüth F. Mechanochemical Synthesis of Catalytic Materials. Chem. - A Eur. J. 2021. V. 27. P. 6819–6847. DOI: 10.1002/chem.2020 04583.
Rudnev V.S., Lukiyanchuk I.V., Vasilyeva M.S., Medkov, M.A. Adigamova M.V., Sergienko V.I. Aluminum- and titanium-supported plasma electrolytic multi-component coatings with magnetic, catalytic, biocide or biocompatible properties. Surf. Coat. Technol. 2016. 307. P. 1219–1235. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.07.060.
Kaseem M., Fatimah S., Nashrah N., Ko Y.G. Recent progress in surface modification of metals coated by plasma electrolytic oxidation: principle, structure, and performance. Prog. Mater. Sci. 2021. 117. P. 100735. DOI: 10.1016/ j.pmatsci.2020.100735.
Rogov A.B. Plasma Electrolytic Oxidation of A1050 Aluminium Alloy in Homogeneous Silicate-Alkaline Elec-trolytes with EDTA4− Complexes of Fe, Co, Ni, Cu, La and Ba under Alternating Polarization Conditions. Mater. Chem. Phys. 2015. V. 167. P. 136–144. DOI: 10.1016/J.MATCHEMPHYS.2015.10.020.
Zhou S., Huang J., Zhang T., Ouyang H., Li A., Zhang Z. Effect of Variation Mn/W Molar Ratios on Phase Composition, Morphology and Optical Properties of MnWO4. Ceram. Int. 2013. V. 39. P. 5159–5163. DOI: 10.1016/j.ceramint.2012.12.012.
Rudnev V.S., Vasilyeva M.S., Kondrikov N.B., Tyrina L.M. Plasma-electrolytic formation, composition and cat-alytic activity of manganese oxide containing structures on titanium. Appl. Surf. Sci. 2005. V. 252. N 5. P. 1211-1220. DOI: 10.1016/j.apsusc.2004.12.054.
Dyatlova N.M., Temkina V.Ya., Popov K.I. Complex-ons and Complexonates of Metals. M.: Khimiya. 1988. 544 p. (in Russian).
Gumerova N.I., Rompel A. Polyoxometalates in solution: speciation under spotlight. Chem. Soc. Rev. 2020. V. 49. N 21. P. 7568–7601. DOI: 10.1039/d0cs00392a.
Casanova L., Ceriani F., Pedeferri M., Ormellese M. Addition of organic acids during PEO of titanium in alka-line solution. Coatings. 2022. V. 12. N 2. P. 143. DOI: 10.3390/ coatings12020143.
Rudnev V.S. Growth of anodic oxide layers under electric discharge conditions. Prot. Met. 2007. V. 43. N 3. P. 275–280. DOI: 10.1134/S0033173207030125.
Xia C., Jia Y., Tao M., Zhang Q. Tuning the band gap of hematite α-Fe2O3 by sulfur doping. Phys. Lett. A 2013. 377. P. 1943–1947. DOI: 10.1016/j.physleta.2013.05.026.
Iqbal R.M., Pramoda Wardani D.A., Hakim L., Dam-syik A., Safitri R., Fansuri H. The structural and optical band gap energy evaluation of TiO2-Fe2O3 composite. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2020. V. 833. P. 012072. DOI: 10.1088/1757-899X/833/1/012072.
Bayati M.R., Moshfegh A.Z., Golestani-Fard F., Molaei R. (WO3)x–(TiO2)1−x nano-structured porous catalysts grown by micro-arc oxidation method: Characterization and formation mechanism. Mater. Chem. Phys. 2010. V. 124. P. 203–207. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2010.06.020.
Aslam I., Cao C., Tanveer M., Farooq M.H., Tahir M., Khalid S., Khan W.S., Idrees F., Rizwan M., Butt F.K. A facile one-step fabrication of novel WO3/Fe2(WO4)3·10.7H2O porous microplates with remarkable photocatalytic activities. Cryst. Eng. Comm. 2015. V. 17. P. 4809–4817. DOI: 10.1039/ c5ce00712g.
Opra D.P., Sokolov A.A., Sinebryukhov S.L., Tkachenko I.A., Ziatdinov A.M., Gnedenkov S.V. Synthesis, electronic structure, and magnetic properties of nanocrystalline oxygen-deficient TiO2–δ(B). ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 1. P. 73 – 83. DOI: 10.6060/ivkkt.20236601.6666.
Szilágyi I.M., Fórizs B., Rosseler O., Szegedi Á., Németh P., Király P., Tárkányi G., Vajna B., Varga-Josepovits K., László K. WO3 photocatalysts: influence of structure and composition. J. Catal. 2012. V. 294. P. 119–127. DOI: 10.1016/j.jcat.2012.07.013.
