CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE

Microwave-assisted synthesis of M/TiO$_2$/C (M = Ni, Cu, Ni–Cu) photocatalysts for CO$_2$ reduction: structural evolution and photocatalytic properties

[Синтез фотокатализаторов M/TiO$_2$/C (M = Ni, Cu, Ni–Cu) для восстановления CO$_2$ с помощью микроволнового излучения: структурная эволюция и фотокаталитические свойства]

Vladislav S. Kashansky^ab, Alexander V. Sukhov^ab, Angelina V. Zhurenok^c, Denis D. Mishchenko^d, Olga S. Soficheva^a, Ekaterina A. Kozlova^c, Oleg G. Sinyashin^a, Dmitry G. Yakhvarov<sup>ab

a</sup> Arbuzov Institute of Organic and Physical Chemistry, FRC Kazan Scientific Center RAS, Kazan, Russia
^b A. M. Butlerov Institute of Chemistry, Kazan Federal University, Kazan, Russia
^c Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia
^d Synchrotron Radiation Facility SKIF, Boreskov Institute of Catalysis, Kol'tsovo, Russia

Аннотация: Методом микроволнового синтеза получены композиты на основе TiO$_2$, модифицированные наночастицами переходных металлов (Ni, Cu). Структура полученных материалов охарактеризована с помощью рентгеновской порошковой дифракции, а размер кристаллитов оценен по уравнению Шеррера. Фотокаталитическая активность синтезированных композитов исследована в реакции восстановления CO$_2$ до CO и CH$_4$ при облучении светом с длиной волны 400 нм. Показано, что микроволновая обработка смеси TiO$_2$ с графитом (Cg) и солями переходных металлов приводит к снижению фотокаталитической активности. В то же время механическая смесь TiO$_2$ и графита, не подвергавшаяся микроволновому воздействию, проявляет более высокую активность по сравнению с немодифицированным TiO$_2$ Evonik P25. Снижение активности у обработанных образцов обусловлено необратимым фазовым переходом фотоактивной фазы анатаза в каталитически инертную фазу рутила, а также образованием фаз TiO$_{2-x}$. Причиной является перегрев в ходе синтеза, при котором C$_g$ выступает в роли эффективного поглотителя микроволнового излучения и восстановителя катионов Ti$^{4+}$ в структуре TiO$_2$. Полученные результаты важны для разработки эффективных фотокатализаторов на основе TiO$_2$ для восстановления CO$_2$.

Ключевые слова: диоксид титана, фотокатализ, наночастицы переходных металлов, восстановление диоксида углерода, рентгеновская дифракция, зелёная химия.

Поступила в редакцию: 02.10.2025
Исправленный вариант: 24.10.2025
Принята в печать: 26.10.2025

Язык публикации: английский

DOI: 10.17586/2220-8054-2025-16-6-865-871