Solid-phase synthesis and photocatalytic properties of Bi$_2$SiO$_5$/Bi$_{12}$SiO$_{20}$ heterostructures

[Твердофазный синтез и фотокаталитические свойства гетероструктур Bi$_2$SiO$_5$/Bi$_{12}$SiO$_{20}$]

Aleksandra G. Golubovskaya, Tamara S. Kharlamova, Valery A. Svetlichnyi

Tomsk State University, Tomsk, Russian Federation

Аннотация: В работе предложен и реализован новый подход к созданию гетероструктурных наночастиц (НЧ) на основе силикатов висмута Bi$_2$SiO$_5$/Bi$_{12}$SiO$_{20}$. В основе данного подхода лежит твердофазный синтез путем отжига предварительно гомогенизированной перетиранием смеси порошков $\beta$-Bi$_2$O$_3$ и SiO$_2$ в различном соотношении. Для этого использовались промышленный нанопорошок диоксида кремния и порошок наночастиц $\beta$-оксида висмута, полученный импульсной лазерной абляцией (ИЛА) в воздухе. Исследованы морфология, фазовый состав и оптические свойства полученных материалов. Изменяя соотношение прекурсоров, были получены порошки, близкие по cтруктуре к монофазным силикатам висмута Bi$_2$SiO$_5$ и Bi$_{12}$SiO$_{20}$, так и гетероструктурные НЧ на их основе. Оценена активность фотокатализаторов в реакциях разложения Родамина Б и селективного окисления 5-гидроксиметилфурфурола (5-HMF). Лучшую фотокаталитическую активность демонстрируют порошки с близким соотношением фаз Bi$_2$SiO$_5$/Bi$_{12}$SiO$_{20}$ (или 4Bi:1Si). В результате анализа полученных результатов было предположено формирование гетероперехода II типа.

Ключевые слова: твердофазный синтез, силикаты висмута, гетероструктурные наночастицы, импульсная лазерная абляция, фотокатализ, гетеропереход II типа, 5-гидроксиметилфурфурол, родамин В.

УДК: 535.34; 544.47

Получена: 29.10.2024
Исправленный вариант: 13.12.2024
Принята: 24.01.2025

Язык публикации: английский