Структурные, оптические и фотокаталитические свойства дисперсий CuS, легированных Mn2+ и Ni2+

  • Лариса Николаевна Маскаева ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина», ул. Мира, 19, Екатеринбург 620002, Российская Федерация; ФГАОУ ВО «Уральский институт Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий» ул. Мира, 22, Екатеринбург 620022, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-1065-832X
  • Мария Александровна Лысанова ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина», ул. Мира, 19, Екатеринбург 620002, Российская Федерация https://orcid.org/0009-0004-5702-8706
  • Ольга Андреевна Липина ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук», ул. Первомайская, 91, Екатеринбург 620041, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-3685-5337
  • Владимир Иванович Воронин ФГБУН «Институт физики металлов имени М. Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук» ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург 620108, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-3901-9812
  • Евгений Алексеевич Кравцов ФГБУН «Институт физики металлов имени М. Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук» ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург 620108, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-5663-5692
  • Андрей Владимирович Поздин ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина», ул. Мира, 19, Екатеринбург 620002, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-6465-2476
  • Вячеслав Филиппович Марков ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина», ул. Мира, 19, Екатеринбург 620002, Российская Федерация; ФГАОУ ВО «Уральский институт Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий» ул. Мира, 22, Екатеринбург 620022, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-0758-2958
DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/11939
Ключевые слова: химическое осаждение, сульфид меди, тонкие пленки, порошки, легирование, марганец, никель, метиленовый синий, фотокаталитическое разложение

Аннотация

Расчетом ионных равновесий в системе «CuCl2 (Mn2+, Ni2+) − NaCH3COO – N2H4CS» определены концентрационные области образования сульфида меди CuS как нелегированного, так и легированного переходными металлами (Mn, Ni). Химическим осаждением на подложках из матированного стекла получены легированные марганцем либо никелем порошки и тонкопленочные слои CuS(Mn) и CuS(Ni) толщиной 170–200 нм. Рентгеновской дифракцией установлено образование дисперсий на основе CuS по типу гексагональной структуры ковелина (пр. гр. Р63mmc). Ширина запрещенной зоны Eg пленки CuS (2.08 эВ) увеличивается до 2.37 и 2.49 эВ при легировании никелем и марганцем. Показано, что оптимальными фотокаталитическими свойствами в видимой области спектра обладают
порошки CuS(Ni). Установлено увеличение степени фоторазложения органического красителя метиленовый синий в щелочной среде.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Лариса Николаевна Маскаева, ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина», ул. Мира, 19, Екатеринбург 620002, Российская Федерация; ФГАОУ ВО «Уральский институт Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий» ул. Мира, 22, Екатеринбург 620022, Российская Федерация

профессор, д. х. н., профессор кафедры физической и коллоидной химии, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина; профессор кафедры химии и процессов горения, Уральский институт ГПС МЧС России (Екатеринбург, Российская Федерация)

Мария Александровна Лысанова, ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина», ул. Мира, 19, Екатеринбург 620002, Российская Федерация

инженер кафедры физической и коллоидной химии Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина (Екатеринбург, Российская Федерация)

Ольга Андреевна Липина, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук», ул. Первомайская, 91, Екатеринбург 620041, Российская Федерация

с. н. с, Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук (Екатеринбург, Российская Федерация)

Владимир Иванович Воронин, ФГБУН «Институт физики металлов имени М. Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук» ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург 620108, Российская Федерация

с. н. с., Институт физики металлов имени М. Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (Екатеринбург, Российская Федерация).

Евгений Алексеевич Кравцов, ФГБУН «Институт физики металлов имени М. Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук» ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург 620108, Российская Федерация

заведующий лабораторией нейтронно-синхротронных исследований наноструктур, Институт физики металлов имени М. Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (Екатеринбург, Российская Федерация)

Андрей Владимирович Поздин, ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина», ул. Мира, 19, Екатеринбург 620002, Российская Федерация

ассистент кафедры физической и коллоидной химии, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (Екатеринбург, Российская Федерация)

Вячеслав Филиппович Марков, ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина», ул. Мира, 19, Екатеринбург 620002, Российская Федерация; ФГАОУ ВО «Уральский институт Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий» ул. Мира, 22, Екатеринбург 620022, Российская Федерация

д. х. н., заведующий кафедрой физической и коллоидной химии, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина; г. н. с. кафедры химии и процессов горения, Уральский
института ГПС МЧС России. (Екатеринбург, Российская Федерация)

Литература

Lin Q. D., Zhao L. H., Xing B. Synthesis and characterization of cubic mesoporous bridged for removing organic pollutants from water. Chemosphere. 2014;103: 188–196. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2013.11.062

Lysanova M. A., Maskaeva L. N., Markov V. F. Application of metal oxides and sulfides as photocatalysts. Butlerov Сommunications. 2023;73(1):1–19. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.37952/ROI-jbc-01/23-73-1-1

Fujishima A., Honda K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode. Nature. 1972;238(5358): 37–38. https://doi.org/10.1038/238037a0

Shu Q. W., Lan J, Gao M. X., Wang J, Huang C. Z. Controlled synthesis of CuS caved superstructures and their application to the catalysis of organic dye degradation in the absence of light. CrystEngComm. 2015;17(6): 1374–1380. https://doi.org/10.1039/c4ce02120g

Sreelekha N., Subramanyam K., Amaranatha R. D. Structural, optical, magnetic and photocatalytic properties of Co doped CuS diluted magnetic semiconductor nanoparticles. Applied Surface Science. 2016;378: 330–340. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.04.003

Chen J., Liu W., Gao W. Tuning photocatalytic activity of In2S3 broadband spectrum photocatalyst based on morphology. Applied Surface Science. 2016;368: 288–297. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.02.008

Tanveer M., Cao C., Aslam I., … Mahmood A. Facile synthesis of CuS nanostructures: structural, optical and photocatalytic properties. Science of Advanced Materials. 2014;6(12): 2694–2701. https://doi.org/10.1166/sam.2014.1988

Bagul S. V., Chavhan S. D., Sharma R. Growth and characterization of CuxS (x = 1.0, 1.76, and 2.0) thin films grown by solution growth technique (SGT). Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2007;68(9): 1623–1629. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2007.03.053

Tanveer M., Cao C., Aslam I., … Mahmood A. Synthesis of CuS flowers exhibiting versatile photocatalyst response. New Journal of Chemistry. 2015;39(2): 1459–1468. https://doi.org/10.1039/c4nj01834f

Chaki S. H., Deshpande M. P., Tailor J. P. Characterization of CuS nanocrystalline thin films synthesized by chemical bath deposition and dip coating techniques. Thin Solid Films. 2014;550: 291–297. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2013.11.037

Meng X., Tian G., Chen Y., … Fu H. Hierarchical CuS hollow nanospheres and their structure-enhanced visible light photocatalytic properties CrystEngComm. 2013;15(25): 5144. https://doi.org/10.1039/C3CE40195B

Shu Q. W., Lan J., Gao M. X., Wang J., Huang C. Z. Controlled synthesis of CuS caved superstructures and their application to the catalysis of organic dye degradation in the absence of light. CrystEngComm. 2015;17(6): 1374–1380. https://doi.org/10.1039/C4CE02120G

Dutta A., Dolui S. K. Preparation of colloidal dispersion of CuS nanoparticles stabilized by SDS. Materials Chemistry and Physics. 2008;112(2): 448–452. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2008.05.072

Feng C., Zhang L., Wang Z. Synthesis of copper sulfide nanowire bundles in a mixed solvent as a cathode material for lithium-ion batteries. Journal of Power Sources. 2014;269: 550–555. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.07.006

Kalyanikutty K. P., Nikhila M., Maitra U., Rao C. N. R. Hydrogel-assisted synthesis of nanotubesand nanorods of CdS, ZnS and CuS, showing some evidence for oriented attachment. Chemical Physics Letters. 2006;432(1-3): 190–194. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2006.10.032

Tan C., Lu R., Xue P., Bao C., Zhao Y. Synthesis of CuS nanoribbons templated by hydrogel. Materials Chemistry and Physics. 2008;112(2): 500–503. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2008.06.015

Liu Y., Qin D., Wang L., Cao Y. A facile solution route to CuS hexagonal nanoplatelets. Materials Chemistry and Physics. 2007;102(2-3): 201–206. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2006.12.004

Savariraj A. D., Viswanathan K. K., Prabakar K. CuS nano flakes and nano platelets as counter electrode for quantum dots sensitized solar cells. Electrochimica Acta. 2014;149: 364–369. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2014.10.141

Yang Y. J., Zi J., Li W. Enzyme-free sensing of hydrogen peroxide and glucose at a CuS nanoflowers modified glassy carbon electrode. Electrochimica Acta. 2014;115: 126–130. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.10.168

Li F., Wu J., Qin Q., Li Z., Huang X. Controllable synthesis, optical and photocatalytic properties of CuS nanomaterials with hierarchical structures. Powder Technology. 2010;198(2): 267–274. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2009.11.018

Kovaleva D. S., Gorokhovsky A. V., Tretyachenko E. V., Kosarev A. V. The effect of the hydrogen index on the photodegradation of methylene blue under the action of sunlight with the participation of modified potassium polytitanates. Fundamental Research. 2015;7(2): 1401–1406. (In Russ.). Available at: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37162

Carp O., Huisman C. L., Reller A. Photoinduced reactivity of titanium dioxide. Progress in Solid State Chemistry. 2004;32(1-2): 33–177. https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2004.08.001

Sreelekha N., Subramanyam K., Amaranatha Reddy D. Structural, optical, magnetic and photocatalytic properties of Co doped CuS diluted magnetic semiconductor nanoparticles. Applied Surface Science. 2016;378: 330–340. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.04.003

Sreelekha N., Subramanyam K., Amaranatha Reddy D., … Vijayalakshmi R. P. Efficient photocatalytic degradation of rhodamine-B by Fe doped CuS diluted magnetic semiconductor nanoparticles under the simulated sunlight irradiation. Solid State Sciences. 2016; 62: 71–81. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2016.11.001

Subramanyam K., Sreelekha N., Amaranatha Reddy D., Murali G., Rahul Varma K., Vijayalakshmi R. P. Chemical synthesis, structural, optical, magnetic characteristics and enhanced visible light active photocatalysis of Ni doped CuS nanoparticles. Solid State Sciences. 2017;65: 68–78. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2017.01.008

Lewis A. E. Review of metal sulphide precipitation. Hydrometallurgy. 2010;104(2): 222–234. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2010.06.010

Shu Q. W., Lan J., Gao M. X., Wang J., Huang C. Z. Controlled synthesis of CuS caved superstructures and their application to the catalysis of organic dye degradation in the absence of light. CrystEngComm. 2015;17(6): 1374–1380. https://doi.org/10.1039/c4ce02120g

Raghavendra K. V. G., Rao K. M., Kumar N. T. U. Hydrothermal synthesis of CuS/CoS nano composite as an efficient electrode for the supercapattery applications. Journal of Energy Storage. 2021;40: 102749. https://doi.org/10.1016/j.est.2021.102749

Wang W., Ao L. Synthesis and characterization of crystalline CuS nanorods prepared via a room temperature one-step, solid-state route. Materials Chemistry and Physics. 2008;109(1): 77–81. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2007.10.035

Zhao Y., Pan H., Lou Y., Qiu X., Zhu J., Burda C. Plasmonic Cu2−xS nanocrystals: Optical and structural properties of copper-deficient copper(I) sulfides. Journal American Chemical Society. 2009;131(12): 4253–4261. https://doi.org/10.1021/ja805655b

Markov V. F., Maskaeva L. N., Ivanov P. N. Hydrochemical deposition of metal sulfide films: modeling and experiment*. Ekaterinburg: UrO RAS Publ.; 2006. 217 p. (In Russ.)

Lurie Yu. Yu. Handbook of analytical chemistry*. Moscow: Khimiya Publ. 1971. 456 p. (In Russ.)

Rietveld H. M. A profile refinement method for nuclear and magnetic structures. Journal of Applied Crystallography. 1969;2(2): 65e71. https://doi.org/10.1107/S0021889869006558

Rodriges-Carvajal J. Recent advances in magnetic structure determination by neutron powder diffraction. Physica B: Condensed Matter. 1993;192: 55. https://doi.org/10.1016/0921-4526(93)90108-I

Odo J., Matsumoto K., Shinmoto E., Hatae Y., Shiozaki A. Spectrofluorometric determination of hydrogen peroxide based on oxidative catalytic reactions of p-hydroxyphenyl derivatives with metal complexes of thiacalix[4]arenetetrasulfonate on a modified anion-exchanger. Analytical Sciences. 2004;20(4): 707–710. https://doi.org/10.2116/analsci.20.707

Pal M., Mathews N. R., Sanchez-Mora E., Pal U., Paraguay-Delgado F., Mathew X. Synthesis of CuS nanoparticles by a wet chemical route and their photocatalytic activity. Journal of Nanoparticle Research. 2015;17(7): 1–12. https://doi.org/10.1007/s11051-015-3103-5

Okamura H., Naitoh J., Nanba N., Matoba M., Nishioka M., Anzai S. Optical study of the metalnonmetal transition in NiS. Solid State Communications. 1998;112(2): 91–95. https://doi.org/10.1016/s0038-1098(99)00277-x

Subramanyam K., Sreelekha N., Reddy D. A., … Vijayalakshmi R. P. Influence of Mn doping on structural, photoluminescence and magnetic characteristics of covellite-phase CuS nanoparticles. Journal of uperconductivity and Novel Magnetism. 2017;31(4): 1161–1165. https://doi.org/10.1007/s10948-017-4296-x

Subramanyam K., Sreelekha N., Amaranatha Reddy D., Murali G., Rahul Varma K., Vijayalakshmi R. P. Chemical synthesis, structural, optical, magnetic characteristics and enhanced visible light active photocatalysis of Ni doped CuS nanoparticles. Solid State Sciences. 2017;65: 68–78. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2017.01.008

Sharma L. K., Kar M., Choubey R. K., Mukherjee S. Low field magnetic interactions in the transition metals doped CuS quantum dots. Chemical Physics Letters. 2021;780: 138902. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2021.138902

Hosseini-Hajivar M. M, Jamali-Sheini F., Yousefi R. Microwave-assisted solvothermal synthes isand physical roperties of Zn-doped MnS nanoparticles. Solid State Sciences. 2019;93: 31–36. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2018.10.010

Gümüş C., Ulutaş C., Esen R., Özkendir O. M., Ufuktepe Y. Preparation and characterization of crystalline MnS thin films by chemical bath deposition. Thin Solid Films. 2005;492(1–2): 1–5. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2005.06.016

Zhang P., Wu L. J., Pan W. G., Bai S. C., Guo R. T. Efficient photocatalytic H2 evolution over NiS-PCN Z-scheme composites via dual charge transfer pathways. Applied Catalysis B: Environmental. 2021;289: 120040. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120040

Tang Z. K., Liu W. W., Zhang D. Y., Lau W. M., Liu L. M. Tunable band gap and magnetism of the wodimensional nickel hydroxide. RSC Advances. 2015;5(94): 77154–77158. https://doi.org/10.1039/c5ra10380k

Ukoba K. O., Eloka-Eboka A. C., Inambao F. L. Review of nanostructured NiO thin film deposition using the spray pyrolysis technique. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018;82: 2900–2915. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.10.041

Опубликован
2024-03-20
Как цитировать
Маскаева, Л. Н., Лысанова, М. А., Липина, О. А., Воронин, В. И., Кравцов, Е. А., Поздин, А. В., & Марков, В. Ф. (2024). Структурные, оптические и фотокаталитические свойства дисперсий CuS, легированных Mn2+ и Ni2+. Конденсированные среды и межфазные границы, 26(2), 265-279. https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/11939
Выпуск
Том 26 № 2 (2024)
Раздел
Оригинальные статьи

Copyright (c) 2024 Конденсированные среды и межфазные границы

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC