ИСТИНА

Благодаря высокой фотокаталитической активности, низкой стоимости, высокой химической стабильности и низкой токсичности диоксид титана перспективен в качестве фотокатализатора для разложения воды, очистки природных сред от органических загрязнителей и восстановления CO2 [1–2]. В последнее десятилетие в качестве перспективных фотокатализаторов начали рассматривать одномерные фотонные кристаллы (ФК) на основе анодного оксида титана (АОТ) [3]. Их структура представлена вертикально ориентированными плотноупакованными нанотрубками с периодическим изменением внутреннего и/или внешнего диаметра вдоль их длинной оси. ФК характеризуются наличием фотонных запрещённых зон (ФЗЗ) – диапазонов частот, в которых свет не может распространяться в материале, а отражается от его поверхности. ФК на основе АОТ проявляют более высокую фотокаталитическую активность по сравнению с нанотрубками АОТ, не обладающими периодической структурой. При этом важным параметром, определяющим фотокаталитическую активность ФК, является спектральное положение ФЗЗ. Целью настоящей работы являлась разработка метода получения ФК на основе АОТ с заданным спектральным положением ФЗЗ и исследование фотокаталитических свойств полученных образцов. ФК на основе АОТ и фотонные гетероструктуры, состоящие из двух или трёх таких ФК, получали анодированием титана с использованием прямоугольно-волнового профиля напряжения (U) от плотности электрического заряда в электролите, содержащем 0,09 M NH4F, 0,09 M CH3COONH4 и 1,2 M H2O в этиленгликоле [4]. Нижний и верхний пределы напряжения анодирования составляли 50 и 70 В, соответственно. Из спектрального положения ФЗЗ и толщин ФК были рассчитаны их эффективные показатели преломления (neff). Полученная зависимость neff от U, плотности электрического заряда травления и длины волны была использована для реализации анодирования в режиме изменения U от длины оптического пути (L). Методом U(L) получена серия ФК с заданным положением ФЗЗ в диапазоне длин волн 400–1500 нм и интенсивностью отражения в области ФЗЗ, близкой к 100%. Отклонение экспериментального положения ФЗЗ от заданного значения составило менее 10%. Важно отметить, что предложенный метод позволяет получать ФК с различным количеством периодов и одинаковым положением ФЗЗ. Перед исследованием фотокаталитической активности ФК, аморфный АОТ переводили в анатаз отжигом при температуре 450 °С на воздухе в течение 2 часов. Увеличение константы скорости разложения модельного красителя (метиленовый синий) под воздействием ультрафиолетового излучения наблюдалось для ФК с положением максимума одной из ФЗЗ (первого или третьего порядка) вблизи края собственного поглощения полупроводника (3,02 эВ). При этом фотокаталитическая активность ФК возрастала на 30%, когда вблизи края собственного поглощения находилась ФЗЗ третьего, а не первого порядка. Исследование проведено при финансовой поддержке гранта РНФ № 22-23-20193. Список используемой литературы: [1] D. Chen, Y. Cheng, N. Zhou et al. // J. Clean. Prod. 2020. V. 268. #121725. [2] T.P. Nguyen, D.L.T. Nguyen, V.-H. Nguyen et al. // Nanomaterials 2020. V. 10(2). #337. [3] J.-F. Li, J. Wang, X.-T. Wang et al. // CrystEngComm 2020. V. 22(11). #1929. [4] N.A. Sapoletova, S.E. Kushnir, K.S. Napolskii. // Electrochem. Commun. 2018. V. 91. #5.