ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2026-93-09-100-110

УДК: 544.478-03

Ag- и Mn-содержащие пористые фотокаталитические наноматериалы системы ZnO-ZnAl2O4 для экологических приложений

Шелеманов А.А., Гаврилова Д.А., Караваева А.В., Евстропьев С.К., Полищук Г.С., Дукельский К.В., Багров И.В.
Ссылка для цитирования:

Шелеманов А.А., Гаврилова Д.А., Караваева А.В., Евстропьев С.К., Полищук Г.С., Дукельский К.В., Багров И.В. Ag- и Mn-содержащие пористые фотокаталитические наноматериалы системы ZnO-ZnAl2O4 для экологических приложений// Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 9. С. 100–110. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-09-100-110

 

Shelemanov A.A., Gavrilova D.A., Karavaeva A.V., Evstropiev S.K., Polishchuk G.S., Dukelskii K.V., Bagrov I.V. Ag- and Mn-containing porous photocatalytic nanomaterials of the ZnO-ZnAl2O4 system for environmental applications [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 9. P. 100–110. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-09-100-110

 

Ссылка на англоязычную версию:
-
Аннотация:

Предмет исследования. Модифицированные ионами серебра и марганца композиты ZnO-ZnAl2O4, полученные полимерно-солевым золь-гель методом. Цель работы. Получение новых фотокаталитических композитов, исследование возможности их применения для фотокаталитического разложения органических загрязнителей на примере красителя Chicago Sky Blue, исследование их антибактериальной активности против бактерий Staphylococcus aureus ATCC 209P. Метод. Полученные образцы исследовались методами сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа, спектроскопии диффузного отражения и фотолюминесцентной спектроскопии. Основные результаты. Показано, что полученные порошкообразные композиты состоят из гексагональных нанокристаллов цинкита, имеющих размер 30–40 нм, и кубических нанокристаллов ганита размером 30 нм. Синтезированные композиты обладают способностью к фотогенерации химически активного синглетного кислорода и антибактериальной активностью, а также демонстрируют фотокаталическую активность под действием ультрафиолетового излучения. Практическая значимость. Получены фотокаталитические бактерицидные композиты могут быть использованы для очистки водных сред от органических загрязнителей и болезнетворных микроорганизмов.

Ключевые слова:

фотокатализ, композит, оксид цинка, синглетный кислород, фотогенерация

Коды OCIS: 160.6000, 160.6060, 260.5130

Список источников:
  1. Anchieta C.G., Sallet D., Foletto E.L., et al. Synthesis of ternary zinc spinel oxides and their application in the photodegradation of organic pollutant // Ceram. Int. 2014. V. 40. P. 4173–4178. doi: 10.1016/j.ceramint.2013.08.074.
  2. Battiston S., Rigo C., Severo E., et al. Synthesis of zinc aluminate (ZnAl2O4) spinel and its application as photocatalyst // Mater. Res. 2014. V. 17. № 3. P. 734–738. doi: 10.1590/S1516-14392014005000073.
  3. Zawadzki M., Staszak W., López-Suárez F.E., et al. Preparation, characterization and catalytic performance for soot oxidation of copper-containing ZnAl2O4 spinels // Appl. Catalysis A: General. 2009. V. 371. № 1-2. P. 92–98. doi: 10.1016/j.apcata.2009.09.035.
  4. Тинку A., Шелеманов А.А., Евстропьев С.К. и др. Фотоактивные Cu-содержащие нанокомпозиты ZnO-ZnAl2O4 // Опт. и спектроск. 2022. T. 130. № 10. С. 1571–1577. doi: 10.21883/OS.2022.10.53628.3275-22.   Tinku A., Shelemanov A.A., Evstropiev S.K., et al. Photoactive Cu-containing ZnO-ZnAl2O4 nanocomposites // Opt. Spectr. 2022. V. 130. № 10. P. 1300–1306. doi: 10.21883/EOS.2022.10.54869.3275-22.
  5. Abakumov A., Vasiliev R.B., Rumyantseva M.N., et al. Light-activated sub-ppm NO2 detection by hybrid ZnO/QD nanomaterials vs. charge localization in core-shell QD // Frontiers in Mater. 2019. V. 6. P. 231–245. doi: 10.3389/fmats.2019.00231.
  6. Wang L., Hu C., Shao L. The antimicrobial activity of nanoparticles: Present situation and prospects for future // Jnt. J. Nanomed. 2017. V. 12. P. 1227–1249. doi: 10.2147/IJN.S121956.
  7. Lachheb H., Ajala F., Hamrouni A., et al. Electron transfer in ZnO-Fe2O3 aqueous slurry systems and its effects on visible light photocatalytic activity // Catalysis Sci. & Technol. 2017. V. 7. P. 4041–4047. doi: 10.1039/c7cy01085k.
  8. Ebrahimi R., Hosseinsadeh K., Maleki A., et al. Effects of doping zinc oxide nanoparticles with transition metal (Ag, Cu, Mn) on photocatalytic degradation of Direct Blue 15 dye under UV and visible light irradiation // J. Environ. Health Sci. Engin. 2019. V. 17. P. 479–492. doi: 10.1007/s40201-019-00366-x.
  9. Mishra M., Kumar M. Advances in zinc oxide nanomaterials and nanocomposites for photocatalytic and biomedical applications // Discover Materials. 2026. V. 6. Р. 26. doi: 10.1007/s43939-025-00463-9.
  10.  Еремеев К.Н., Дымшиц О.С., Алексеева И.П. и др. Синтез, структура и спектральные свойства прозрачных стеклокристаллических материалов на основе нанокристаллов алюмоцинковой шпинели, допированных ионами Ti3+ // Опт. и спектроск. 2024. Т. 132. № 2. С. 169–176. doi: 10.61011/OS.2024.02.57776.5815-23.                                                                                                                                                                                         Eremeev K.N., Dymshits O.S., Alekseeva I.P., et al. Synthesis, structure and spectral properties of transparent glass-ceramics based on nanocrystals of zinc aluminate spinel doped with Ti3+ ions // Opt. Spectr. 2024. V. 132. № 2. doi: 10.61011/OS.2024.02.57776.5815-23.
  11. Kurian A., Shanmugan S. Spinel aluminate-based heterojuntion as photocatalyst: A review // Chem. Open. 2026. V. 15. Р. e202500473. doi: 10.1002/open.202500473.
  12. Nasr M., Viter R., Eid C., et al. Synthesis of novel ZnO/ZnAl2O4 multi co-centric nanotubes and their long-term stability in photocatalytic applications // RCS Adv. 2016. V. 6. P. 103692–103699. doi: 10.1039/C6RA226239.
  13. Pan M., Zheng L., Cai C., et al. Z-scheme ZnO/ZnAl2O4 heterojunction with synergistic effects for enhanced photocatalytic CO2 reduction // Molecules. 2025. V. 30. № 12. P. 2626. doi: 10.3390/molecules30122626.
  14. Krasnovsky A.A., Ambartzumian R.V. Tetracene oxygenation caused by infrared excitation of molecular oxygen in air-saturated solutions. The photoreaction action spectrum and spectroscopic parameters of the 1Δg–3Σg– transition in oxygen molecules // Chem. Phys. Lett. 2004. V. 400. P. 531–535. doi: 10.1016/j.cplett.2004.11.009.
  15. Wang T., Tian B., Han B., et al. Recent advances on porous materials for synergetic adsorption and photocatalysis // Energy Environ. Mater. 2022. V. 5. P. 711–730. doi: 10.1002/eem2.12229.
  16. Пронин И.А., Донкова Б.В., Димитров Д.Ц. и др. Взаимосвязь фотокаталитических и фотолюминесцентных свойств оксида цинка, легированного медью и марганцем // Физика и техника полупроводников. 2014. Т. 48. № 7. С. 868–874. doi: 10.1134/s1063782614070173.                                                                                   Pronin I.A., Donkova B.V., Dimitrov D.Tz., et al. Relationship between the photocatalytic and photoluminescence properties of zinc oxide doped with copper and manganese // Semiconductors. 2014. V. 48. № 7. P. 842–847. doi: 10.1134/s1063782614070173.
  17. Shelemanov A., Tincu A., Evstropiev S.K., et al. Cu-doped porous ZnO-ZnAl2O4 nanocomposites synthesized by polymer-salt method for photocatalytic water purification // J. Compos. Sci. 2023. V. 7. Р. 263. doi: 10.3390/jcs7070263.
  18. Khiari M., Gilliot M., Lejeune M., et al. Effect of Ag nanoparticles of zinc oxide photocatalytic performance // Coatings. 2021. V. 11. Р. 40. doi: 10.3390/coatings11040400.
  19. Vallejo W., Cantillo A., Diaz-Uribe C. Improvement of the photocatalytic activity of ZnO thin films doped with manganese // Heliyon. 2023. V. 9(10). Р. E20209. doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e20209.
  20. Ashebir M.E., Tesfariam G.M., Nigussie G.Y., et al. Structural, optical, and photocatalytic activities of Ag-doped and Mn-doped ZnO nanoparticles // J. Nanomater. 2018. V. 2018. Article ID 9425938. 9 p. doi: 10.1155/2018/9425938.
  21. Zhang X., Qin J., Xue Y., et al. Effect of aspect ratio and surface defects on the photocatalytic activity of ZnO nanorods // Sci. Rep. 2014. V. 4. P. 4596. doi: 10.1038/srep04596.
  22. Khomutinnikova L.V., Evstropiev S.K., Meshkovskii I.K., et al. Intensive singlet oxygen photogeneration and photocatalytic activity of Sn,Fe-doped ZnO-based composites // J. Photochem. & Photobiol. A: Chem. 2025. V. 462. P. 116254. doi: 10.1016/j.jphotochem.2024.116254.
  23. Deng Y. Developing a langmuir-type excitation equilibrium equation to describe the effect of light intensity on the kinetics of the photocatalytic oxidation // Chem. Eng. J. 2018. V. 337. P. 220–227. doi: 10.1016/j.cej.2017.12.059.
  24. Bell S., Will G., Bell J. light intensity effects on photocatalytic water splitting with a titania catalyst // Int. J. Hydrogen Energy. 2013. V. 38. P. 6938–6947. doi: 10.1016/j.ijhydene.2013.02.147.
  25. Gaya U.I., Abdullah A.H. Heterogeneous photocatalytic degradation of organic contaminants over titanium dioxide: A review of fundamentals, progress and problems // J. Photochem. Photobiol. C Photochem. Rev. 2008. V. 9. P. 1–12. doi: 10.1016/j.jphotochemrev.2007.12.003.
  26. Gavrilova M.A., Gavrilova D.A., Evstropiev S.K., et al. Structure, spectral and photocatalytic properties of porous ZnO nanopowders modified by oxide compounds of manganese // Russ. J. Inorg. Chem. 2024. V. 69. № 3. P. 351358. doi: 10.1134/S00360236236029.