Russian Journal of Inorganic ChemistryRussian Journal of Inorganic ChemistryЖурнал неорганической химии0044-457X3034-560XThe Russian Academy of Sciences66529610.31857/S0044457X22601201JBOVJYНЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОМАТЕРИАЛЫUnknownPhotoinduced Dynamics of Spin Centers in Carbon-Modified Titanium Dioxide NanotubesФотоиндуцированная динамика спиновых центров в нанотрубках диоксида титана, модифицированных углеродомKytinaE. V.КытинаЕ. В.wewillbe01@gmail.comSavchukT. P.СавчукТ. П.wewillbe01@gmail.comGavrilinI. M.ГаврилинИ. М.wewillbe01@gmail.comKonstantinovaE. A.КонстантиноваЕ. А.wewillbe01@gmail.comMoscow State UniversityМосковский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваNational Research University of Electronic TechnologyНациональный исследовательский университет электронной техники – МИЭТ0103202368341942526022025Copyright ©; 2023, Е.В. Кытина, Т.П. Савчук, И.М. Гаврилин, Е.А. КонстантиноваCopyright ©; 2023, Е.В. Кытина, Т.П. Савчук, И.М. Гаврилин, Е.А. Константинова2023Е.В. Кытина, Т.П. Савчук, И.М. Гаврилин, Е.А. КонстантиноваЕ.В. Кытина, Т.П. Савчук, И.М. Гаврилин, Е.А. Константиноваhttps://transsyst.ru/0044-457X/article/view/665296

Arrays of titanium dioxide (TiO2) nanotubes with different chemical compositions have been synthesized; their structural properties have been studied, and the characteristics of spin centers (defects) have been determined. All samples have appeared to contain carbon. It has been established that the main type of spin centers in TiO2 nanotubes are dangling carbon bonds, and their concentration correlates with the carbon content in the obtained structures. Under illumination, a reversible increase in the concentration of defects occurs, which is caused by their photoinduced recharging in the process of impurity absorption. This process is accompanied by an increase in the concentration of photoexcited electrons in the conduction band. The originality and novelty of the work are determined by the development of a method for controlling the density of defects and, accordingly, the concentration of photoinduced electrons by thermal treatment of samples under various conditions. The results open up new possibilities for the development of photocatalysts based on titanium dioxide nanotubes with a controlled electron concentration in the conduction band that function in the visible range of the spectrum.

Синтезированы массивы нанотрубок диоксида титана (TiO2) с различным химическим составом, изучены их структурные свойства и определены характеристики спиновых центров (дефектов). Обнаружено, что все образцы имеют в своем составе углерод. Установлено, что основным типом спиновых центров в нанотрубках TiO2 являются оборванные связи углерода, концентрация которых коррелирует с содержанием углерода в полученных структурах. Под действием освещения происходит обратимый рост концентрации дефектов, обусловленный их фотоиндуцированными реакциями перезарядки в процессе примесного поглощения. Указанный процесс сопровождается увеличением концентрации фотовозбужденных электронов в зоне проводимости. Оригинальность и новизна работы определяются разработкой способа контроля плотности дефектов и, соответственно, концентрации фотоиндуцированных электронов путем термической обработки образцов в различных условиях. Полученные результаты открывают новые возможности для разработки функционирующих в видимом диапазоне спектра фотокатализаторов на основе нанотрубок диоксида титана с управляемой концентрацией электронов в зоне проводимости.

TiO2 nanotubesEPR spectroscopyspin centersdefectsphotoinduced electronsнанотрубки TiO2спектроскопия ЭПРспиновые центрыдефектыфотоиндуцированные электроныDongmei He, Liyong Du, Keyan Wang et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. P. 1986. https://doi.org/10.1134/S0036023621130040Sadovnikov A.A., Nechaev E.G., Bel’tyukov A.N. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. P. 460. https://doi.org/10.1134/S0036023621040197Dolganov A.V., Balandina A.V., Chugunov D.B. et al. // Russ. J. Gen. Chem. 2020. V. 90. P. 1229. https://doi.org/10.1134/S1070363220070099Jenny Schneider, Masaya Matsuoka, Masato Takeuchi et al. // Chem. Rev. 2014. V. 114. P. 9919. https://doi.org/10.1021/cr5001892Jingxiang Low, Jiaguo Yu, Mietek Jaroniec et al. // Adv. Mater. 2017. V. 29. № 20. P. 1601694. https://doi.org/10.1002/adma.201601694Martin Motola, Hanna Sopha, Miloš Krbal et al. // Electrochem. Commun. 2018. V. 97. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2018.09.015Кривобок В.С. // Письма в ЖЭТФ. 2020. Т. 112. № 8. С. 501. https://doi.org/10.31857/S1234567820200033Zubair M., Kim H., Razzaq A. et al. // J. CO2 Utiliz. 2018. V. 26. P. 70. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2018.04.004Jaafar H., Ahmad Z.A., Ain M.F. et al. // Optik. 2017. V. 144. P. 91. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2017.06.097Zhao W., Liu S., Zhang S. et al. // Catal. Today. 2019. V. 337. P. 37. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2019.04.024Tang T., Yin Z., Chen J. et al. // Chem. Eng. J. 2021. V. 417. P. 128058. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.128058Константинова Е.А., Миннеханов А.А., Кытина Е.В., Трусов Г.В. // Письма в ЖЭТФ. 2020. Т. 112. № 8. С. 562. https://doi.org/10.1134/S0021364020200060Wei Y., Huang Y., Fang Y. et al. // Mater. Res. Bull. 2019. V. 119. P. 110571. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2019.110571Xiao Y., Sun X., Li L. et al. // Chin. J. Catal. 2019. V. 40. № 5. P. 765. https://doi.org/10.1016/s1872-2067(19)63286-9So S., Riboni F., Hwang I. et al. // Electrochim. Acta. 2017. V. 231. P. 721. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.02.094Motola M., Čaplovičová M., Krbal M. et al. // Electrochim. Acta. 2020. V. 331. P. 135374. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135374Kar P., Zeng S., Zhang Y. et al. // Appl. Catal. B: Environmental. 2019. V. 243. P. 522. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.08.002Savchuk T., Gavrilin I., Konstantinova E. et al. // Nanotechnology. 2021. V. 33. P. 055706. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac317eGavrilin I., Dronov A., Volkov R. et al. // Appl. Surf. Sci. 2020. V. 516. P. 146120. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.146120Hu L., Huo K., Chen R. et al. // Anal. Chem. 2021. V. 83. P. 8138. https://doi.org/10.1021/ac201639mZhi-Da Gao, Xu Zhu, Ya-Hang Li et al. // Chem. Commun. 2015. V. 51. P. 7614. https://doi.org/10.1039/c5cc00728cYan-Yan Song, Ya-Hang Li, Jing Guo et al. // J. Mater. Chem. A. 2015. V. 3. P. 23754. https://doi.org/10.1039/c5ta05691hZhao H., Pan F., Li Y. et al. // J. Materiomics. 2017. V. 3. P. 17. https://doi.org/10.1016/j.jmat.2016.12.001Wedland W., Hecht H. Reflectance Spectroscopy. N.Y.: Interscience, 1966.Minnekhanov A.A., Deygen D.M., Konstantinova E.A. et al. // Nanoscale Res. Lett. 2012. V. 7. P. 333. https://doi.org/10.1186/1556-276X-7-333