Определение размерной зависимости в спектрах поглощения наночастиц рутила

Попова Е.В., Латышев А.Н., Овчинников О.В.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Попова Е.В., Латышев А.Н., Овчинников О.В. Определение размерной зависимости в спектрах поглощения наночастиц рутила // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 7. С. 3–10. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2018-85-07-03-10

Popova E.V., Latyshev A.N., Ovchinnikov O.V. Determining the size dependence in the absorption spectra of rutile nanoparticles [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2018. V. 85. № 7. P. 3–10. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2018-85-07-03-10

Ссылка на англоязычную версию:

E. V. Popova, A. N. Latyshev, and O. V. Ovchinnikov, "Determining the size dependence in the absorption spectra of rutile nanoparticles," Journal of Optical Technology. 85(7), 377-382 (2018). https://doi.org/10.1364/JOT.85.000377

Аннотация:

Исследованы спектры оптического поглощения ансамблей нанокристаллов диоксида титана размером 2,0–3,5 нм, полученных механическим дроблением микрокристаллического порошка рутила с последующим фракционированием его водной взвеси и стабилизацией отбираемых наиболее легких фракций в желатиновой матрице. Из анализа картин электронной дифракции установлено формирование ансамблей нанокристаллов рутила. Найден размерный эффект в спектрах фактора эффективности поглощения нанокристаллов рутила со средними диаметрами 3,5–2,0 нм, значение которого составило 0,2–0,5 эВ соответственно.

Ключевые слова:

спектры оптического поглощения, диоксид титана, рутил, размерный эффект, фракционирование, электронная дифракция

Коды OCIS: 300.1030, 160.4236, 160.4760, 160.6000

Список источников:

1. Diebold U. The surface science of titanium dioxide // Surface Science Reports. 2003. V. 48. № 5–8. P. 53–229.
2. 2. Zhu T., Gao S.-P. The stability, electronic structure, and optical property of TiO2 polymorphs // J. Phys. Chem. C. 2014. V. 118. № 21. P. 11385–11396.
3. Gupta S.M., Tripathi M. A review of TiO2 nanoparticles // Chinese Science Bulletin. 2011. V. 56. № 16. P. 1639–1657.
4. Anpo M., Shima T., Kodama S., Kubokawa J. Photocatalytic hydrogenation of propyne with water on small-particle titania: Size quantization effects and reaction intermediates // J. Phys. Chem. 1987. V. 91. № 16. P. 4305–4310.
5. Kormann C., Bahnemann D.W., Hoffmann M.R. Preparation and characterization of quantum-size titanium dioxide // J. Phys. Chem. 1988. V. 92. № 18. Р. 5196–5201.
6. Choi W., Termin A., Hoffmann M.R. The role of metal-ion dopants in quantum-sized TiO2-correlation between photoreactivity and charge-carrier recombination dynamics // J. Phys. Chem. 1994. V. 98. № 51. P. 13669–13679.
7. Kavan L., Stoto T., Graetzel M., Fitzmaurice D., Shklover V. Quantum size effects in nanocrystalline semiconducting TiO2 layers prepared by anodic oxidative hydrolysis of TiCl3 // J. Phys. Chem. 1993. V. 97. № 37. P. 9493–9498.
8. Joselevich E., Willner I. Photosensitization of quantum-size TiO2 particles in water-in-oil microemulsions // J. Phys. Chem. 1994. V. 98. № 31. P. 7628–7635.
9. Serpone N., Lawless D., Khairutdinov R. Size effects on the photophysical properties of colloidal anatase TiO2 particles: Size quantization versus direct transitions in this indirect semiconductor? // J. Phys. Chem. 1995. V. 99. № 45. P. 16646–16654.
10. Monticone S., Tufeu R., Kanaev A.V., Scola, E., Sanchez C. Quantum size effect in TiO2 nanoparticles: Does it exist? // Appl. Surf. Sci. 2000. V. 162. P. 565–570.
11. Satoh N., Nakashima T., Kamikura K., Yamamoto K. Quantum size effect in TiO2 nanoparticles prepared by finely controlled metal assembly on dendrimer templates // Nature Nanotechnology. 2008. V. 3. № 2. P. 106–111.
12. Kaler V., Duchaniya R.K., Pandel U. Synthesis of nano-titanium dioxide by sol-gel route // AIP Conf. Proc. AIP Publishing. 2016. V. 1724. № 1. P. 020127-1–020127-4.
13. Chen X., Mao S.S. Titanium dioxide nanomaterials: Synthesis, properties, modifications, and applications // Chem. Rev. 2007. V. 107. № 7. P. 2891–2959.
14. Chiodo L., Salazar M., Romero A.H., Laricchia S., Sala F.D., Rubio A. Structure, electronic, and optical properties of TiO2 atomic clusters: An ab initio study // J. Chem. Phys. 2011. V. 135. № 24. P. 244704.
15. Auvinen S., Alatalo M., Haario H., Jalava J.P., Lamminmäki R.J. Size and shape dependence of the electronic and spectral properties in TiO2 nanoparticles // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. № 17. P. 8484–8493.
16. Cho D., Ko D.C., Lamiel-Garcia O., Bromley S.T., Lee J.Y., Illas F. Effect of size and structure on the ground-state and excited-state electronic structure of TiO2 nanoparticles // J. Chem. Theory and Computation. 2016. V. 12. № 8. P. 3751–3763.
17. Gałyńska M., Persson P. Quantum chemical calculations of the structural influence on electronic properties in TiO2 nanocrystals // Molecular Phys. 2017. V. 115. № 17–18. P. 2209–2217.
18. Henderson M.A. A surface science perspective on photocatalysis // Surf. Sci. Reports. 2011. V. 66. № 6. P. 185–297.
19. Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. М.: Мир, 1982. Т. 1. 312 с.
20. Indris S., Amade R., Heitjans P., Finger M., Haeger A., Hesse D., Becker K.D. Preparation by high-energy milling, characterization, and catalytic properties of nanocrystalline TiO2 // J. Phys. Chem. B. 2005. V. 109. № 49. P. 23274–23278.
21. Carneiro J.O., Azevedo S., Fernandes F., Freitas E., Pereira M., Tavares C.J., Lanceros-Méndez S., Teixeira V. Synthesis of iron-doped TiO2 nanoparticles by ball-milling process: The influence of process parameters on the structural, optical, magnetic, and photocatalytic properties // J. Mat. Sci. 2014. V. 49. № 21. P. 7476–7488.
22. Акопян И.Х., Иванова Т.И., Лабзовская М.Э., Новиков Б.В., Эрдни-Горяев А. Проявление метастабильной кубической модификации в мелкодисперсных соединениях A2B6 // Письма в ЖТФ. 2010. Т. 36. № 5. С. 94–102.
23. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986. 660 с.
24. Pascual J., Camassel J., Mathieu H. Fine structure in the intrinsic absorption edge of TiO2 // Phys. Rev. B. 1978. V. 18. № 10. P. 5606–5614.
25. Glassford K.M., Chelikowsky J.R. Structural and electronic properties of titanium dioxide // Phys. Rev. B. 1992. V. 46. № 3. P. 1284–1298.
26. Persson C., Ferreira da Silva A. Strong polaronic effects on rutile TiO2 electronic band edges // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 86. № 23. P. 231912.

27. Иевлев В.М., Кущев C.Б., Латышев А.Н., Леонова Л.Ю., Овчинников О.В., Смирнов М.С., Попова Е.В., Костюченко А.В., Солдатенко С.А. Спектры поглощения тонких пленок TiO2, синтезированных реактивным высокочастотным магнетронным распылением титана // ФТП. 2014. Т. 48. № 7. С. 875–884.
28. Джеймс Т.Х. Теория фотографического процесса. Л.: Химия, 1980. 672 с.
29. Santos-Beltran M., Paraguay-Delgado F., Santos-Beltran A., Fuentes L. Getting nanometric MoO3 through chemical synthesis and high energy milling // J. Alloys and Compounds. 2015. V. 648. P. 445–455.
30. Прохоров А.М. Физическая энциклопедия. М.: Научн. изд. 1992. Т. 3. 441 с.
31. Шиммель Г. Методика электронной микроскопии. М.: Мир, 1972. 300 с.
32. Salari M., Rezaee M., Mousavi Koie S. M., Marashi P., Aboutalebi H. Effect of milling time on mechanochemical synthesis of TiO2 nanoparticles // Internat. J. Modern Phys. B. 2008. V. 22. № 18–19. P. 2955–2961.
33. Kayanuma Y. Quantum-size effects of interacting electrons and holes in semiconductor microcrystals with spherical shape // Phys. Rev. B. 1988. V. 38. № 14. P. 9797–9805.