ИСТИНА

В настоящее время огромное внимание научных групп направлено на создание и исследование новых наноразмерных материалов. Часто высокие функциональные свойства достигаются за счет строго определенной локализации атомов. Поэтому для понимания поведения и свойств материалов в различных условиях необходима информация о локальной атомной структуре и ее изменениях. В спектроскопии существует несколько методов исследования локальной атомной структуры: EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure), где регистрируется процесс поглощения материалом рентгеновского излучения, и EXELFS (Extended Electron Energy Loss Fine Structure), где происходит регистрация потери энергии электронов на локальном окружении возбуждаемого атома. EXELFS спектры являются EXAFS-подобными и формируются в результате когерентного рассеяния вторичного электрона на локальном атомном окружении возбуждаемого атома. Спектры, полученные как при рентгеновском, так и при электронном возбуждении внутреннего уровня атома вещества, несут в себе информацию о параметрах локальной атомной структуры – парциальных координационных числах, длинах химических связей, параметрах термического рассеяния атомов. В настоящей работе объектами исследования являлись оксиды титана TiO2 со структурами анатаза, брукита, рутила и с рентгеноаморфной структурой. Благодаря своим высоким технологическим свойствам различные модификации оксида титана используются в разных областях, таких как хранение энергии, фотокатализ, мембраны и т.д. Объекты исследования имеют одинаковую химическую формулу, однако их атомная структура существенно отличается. При этом различия можно наблюдать на исходных экспериментальных спектрах. Фаза рутила является термодинамически стабильной при комнатной температуре и атмосферном давлении. Брукит и анатаз метастабильны при нормальных условиях, но трансформируются в рутил только при нагревании выше 400°C. Все образцы были предварительно аттестованы методами рентгеновской и электронной дифракции. Анатаз и рутил имеют тетрагональную форму элементарной ячейки, пространственная группа – I41/amd и P42/mnm соответственно. Форма элементарной ячейки брукита – орторомбическая, а пространственная группа – Pbca. Аморфная модификация диоксида титана имеет кубическую форму элементарной ячейки, пространственная группа – Fm3m. Параметры локального окружения атомов в диоксидах титана были определены с помощью анализа EXAFS спектров титана и EXELFS спектров кислорода. EXAFS спектры К края Ti (4965 эВ) были получены на EXAFS канале Курчатовского центра синхротронного излучения. EXELFS спектры за K краем возбуждения кислорода (532 эВ) были получены в режиме «на просвет» в лаборатории МГУ с использованием монохроматического микроскопа Carl Zeiss Libra 200 MC, при энергии падающих электронов 200 кэВ. Спектры EXAFS и EXELFS были обработаны с помощью пакета программ IFeffit. Параметры рассеяния (амплитуда и фаза обратного рассеяния, парциальные фазовые сдвиги) рассчитывались по программе Feff-8. Проведен сравнительный анализ полученных результатов локальной атомной структуры. Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ №121030100002-0. Исследования выполняли с использованием оборудования ЦКП «Центр физических и физико-химических методов анализа, исследования свойств и характеристик поверхности, наноструктур, материалов и изделий» УдмФИЦ УрО РАН.