en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2026-93-11-97-107
УДК: 544.526.5
Оптические волокна SMF-28 с фотокаталитическим покрытием ZnO:Sn,Fe для локальной генерации синглетного кислорода
Быков Е.П., Хомутинникова Л.Л., Бабаев К.В., Москаленко И.В., Евстропьев С.К. Оптические волокна SMF-28 с фотокаталитическим покрытием ZnO:Sn,Fe для локальной генерации синглетного кислорода // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 11. С. 97–107. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-11-97-107
Bykov E.P., Khomutinnikova L.L., Babaev K.V., Moskalenko I.V., Evstropiev S.K. ZnO:Sn,Fe-coated SMF-28 photocatalytic optical fibers for localized singlet oxygen generation [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 11. P. 97–107. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-11-97-107
Предмет исследования. Фотокаталитические покрытия ZnO:Sn,Fe, сформированные на цилиндрической поверхности кварцевого одномодового оптического волокна SMF-28, предназначенные для локальной генерации синглетного кислорода. Цель работы. Формирование оксидного фотокаталитического слоя на стандартном оптическом волокне SMF-28 и оценка его способности генерировать синглетный кислород и проявлять фотоокислительную активность. Метод. Фотокаталитические покрытия получены полимерно-солевым методом. Кристаллическая структура и морфология исследованы методами рентгенофазового анализа и сканирующей электронной микроскопии. Генерация синглетного кислорода оценена методом электронного парамагнитного резонанса со спиновой ловушкой 2,2,6,6-тетраметилпиперидина. Фотоактивность установлена по деградации красителя метиленового синего при ультрафиолетовом облучении. Основные результаты. Продемонстрирована возможность получения покрытия ZnO:Sn,Fe на стандартном одномодовом волокне SMF-28 полимерно-солевым методом с сохранением геометрии волокна. На поверхности волокна сформирован равномерно распределенный слой мелкодисперсных агломератов. Генерация синглетного кислорода подтверждена линейным накоплением нитроксильного радикала (0,30 мкМ/мин, длина волны облучения 365 нм). При фотодеградации метиленового синего получено трекратное увеличение константы скорости по сравнению с фотолизом (0,012 против 0,004 1/мин). Практическая значимость. Достигнутые результаты демонстрируют возможность создания фотокаталитически активных оптических волокон для дистанционно управляемой пространственно локализованной генерации синглетного кислорода.
фотокаталитические оптические волокна, оксид цинка, синглетный кислород, фотокатализ, полимерно-солевой метод
Благодарность:работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSER-2024-0006).
Коды OCIS: 310.1620
Список источников:1. Singh K., Nancy, Bhattu M., et al. Light-absorption-driven photocatalysis and antimicrobial potential of PVP-capped zinc oxide nanoparticles // Sci. Rep. 2023. V. 13. № 1. P. 13886. doi: 10.1038/s41598-023-41103-7.
2. Youssef Z., Vanderesse R., Colombeau L., et al. The application of titanium dioxide, zinc oxide, fullerene, and graphene nanoparticles in photodynamic therapy // Cancer Nanotechnol. 2017. V. 8. № 1. P. 6. doi: 10.1186/s12645-017-0032-2.
3. Song Y., Ling L., Westerhoff P., et al. Evanescent waves modulate energy efficiency of photocatalysis within TiO2 coated optical fibers illuminated using LEDs // Nature Commun. 2021. V. 12. № 1. P. 4101. doi: 10.1038/s41467-021-24370-8.
4. Ling L., Tugaoen H., Brame J., et al. Coupling light emitting diodes with photocatalyst-coated optical fibers improves quantum yield of pollutant oxidation // Environmental Sci. & Technol. 2017. V. 51. № 22. P. 13319–13326. doi: 10.1021/acs.est.7b03454.
5. Kayani Z.N., Rahim S., Sagheer R., et al. Assessment of antibacterial and optical features of sol-gel dip coated La doped TiO2 thin films // Mater. Chem. and Phys. 2020. V. 250. P. 123217. doi: 10.1016/j.matchemphys.2020.123217.
6. Dey S., Divya N., Bakshi V., et al. A critical review on zinc oxide nanoparticles: Synthesis, properties and biomedical applications // Intelligent Pharmacy. 2025. V. 3. № 1. P. 53–70. doi: 10.1016/j.ipha.2024.08.004.
7. Teixeira S., Magalhães B., Martins P.M., et al. Reusable photocatalytic optical fibers for underground, deep‐sea, and turbid water remediation // Global Challenges. 2018. V. 2. № 3. P. 1700124.
8. Bulcha B., Leta Tesfaye J., Anatol D., et al. Synthesis of zinc oxide nanoparticles by hydrothermal methods and spectroscopic investigation of ultraviolet radiation protective properties // J. Nanomater. 2021. V. 2021. № 1. P. 8617290. doi: 10.1155/2021/8617290.
9. Евстропьев С.К., Волынкин В.М., Киселев В.М. и др. Фотокаталитические прозрачные покрытия на поверхности наконечников волоконно-оптических жгутов медицинского назначения // Квант. электрон. 2017. Т. 47. № 12. С. 1125–1127. doi: 10.1070/QEL16552.
Evstropiev S.K., Volynkin V.M., Kiselev V.M., et al. Transparent photocatalytic coatings on the surface of the tips of medical fibre-optic bundles [in Russian] // Quantum Electronics. 2017. V. 47. № 12. P. 1125–1127. doi: 10.1070/QEL16552.
10. Багров И.В., Киселев В.М., Евстропьев С.К. и др. Генерация синглетного кислорода в микрокапиллярных оптических элементах с фотоактивными покрытиями // Опт. и спектроск. 2020. Т. 128. № 2. С. 218–223. doi: 10.21883/OS.2020.02.48963.281-19.
Bagrov I.V., Kiselev V.M., Evstropiev S.K., et al. Singlet oxygen generation in microcapillary optical elements with photoactive coatings // Opt. and Spectrosc. 2020. V. 128. № 2. P. 214–219. doi: 10.1134/s0030400X20020034.
11. Демидов В.В., Дукельский К.В., Шевандин В.С. Модовый состав излучения в микроструктурированных световодах со смещенной сердцевиной // Оптический журнал. 2010. Т. 77. № 6. С. 55–60.
Demidov V.V., Dukel’skiĭ K.V., Shevandin V.S. Modal composition of radiation in microstructured lightguides with a displaced core // J. Opt. Technol. 2010. V. 77. № 6. P. 394–398. doi: 10.1364/JOT.77000394.
12. Wu Y., Zhong L., Yuan J., et al. Photocatalytic optical fibers for degradation of organic pollutants in wastewater: A review // Environmental Chem. Lett. 2021. V. 19. № 2. P. 1335–1346. doi: 10.1007/s10311-020-01141-3.
13. Tugaoen H.O.N., Garcia-Segura S., Hristovski K., et al. Compact light-emitting diode optical fiber immobilized TiO2 reactor for photocatalytic water treatment // Sci. Total Environment. 2018. V. 613. P. 1331–1338. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.09.242.
14. Khomutinnikova L.L., Evstropiev S.K., Meshkovskii I.K., et al. Intensive singlet oxygen photogeneration and photocatalytic activity of Sn, Fe-doped ZnO-based composites // J. Photochem. and Photobiol. A: Chemistry. 2025. V. 462. P. 116254. doi: 10.1016/j.jphotochem.2024.116254.
15. Taha T.A., Ahmed E.M., El-Tantawy A.I., et al. Investigation of the iron doping on the structural, optical, and magnetic properties of Fe-doped ZnO nanoparticles synthesized by sol-gel method // J. Mater. Sci.: Materials in Electronics. 2022. V. 33. № 9. P. 6368–6379. doi: 10.1007/s10854-022-07809-6.
16. Musharaf M., Karamat S., Hassan M.U., et al. Solubility enhancement of Fe in ZnO nanoparticles prepared by co-precipitation method // J. Superconductivity and Novel Magnetism. 2021. V. 34. № 10. P. 2633–2642. doi: 10.1007/s10948-021-05904-z.
17. Khouchaf L., Boulahya K., Das P.P., et al. Study of the microstructure of amorphous silica nanostructures using high-resolution electron microscopy, electron energy loss spectroscopy, X-ray powder diffraction, and electron pair distribution function // Materials. 2020. V. 13. № 19. P. 4393. doi: 10.3390/ma13194393.
18. Bulyga D.V., Evstropiev S.K., Gavrilova D.A., et al. Enhancement of adsorptive and photocatalytic activities of aluminosilicate fibers using the surface modification by Al-doped ZnO particles // J. Photochem. and Photobiol A: Chem. 2025. P. 116668. doi: 10.1016/j.jphotochem.2025.116668.
19. Nardi G., Manet I., Monti S., et al. Scope and limitations of the TEMPO/EPR method for singlet oxygen detection: the misleading role of electron transfer // Free Radical Biology and Medicine. 2014. V. 77. P. 64–70. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2014.08.020.
20. Jin C., Ge C., Jian Z., et al. Facile synthesis and high photocatalytic degradation performance of ZnO-SnO2 hollow spheres // Nanoscale Res. Lett. 2016. V. 11. № 1. P. 526. doi: 10.1186/s11671-016-1740-y.