<div>
	Фрактальные микро- и нанодендриты из серебра, меди и их соединений для фотокаталитического разложения воды</div>

Сидоров Александр Иванович, Безруков Павел Андреевич, Нащекин Алексей Викторович, Никоноров Николай Валентинович

doi:10.17586/2226-1494-2023-23-3-465-472

2023 , ТОМ 23, НОМЕР 3 ( май-июнь )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-3-465-472

УДК 539.234

Фрактальные микро- и нанодендриты из серебра, меди и их соединений для фотокаталитического разложения воды

Сидоров А.И., Безруков П.А., Нащекин А.В., Никоноров Н.В.

Читать статью полностью

Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:

Сидоров А.И., Безруков П.А., Нащекин А.В., Никоноров Н.В. Фрактальные микро- и нанодендриты из серебра, меди и их соединений для фотокаталитического разложения воды // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23, № 3. С. 465–472. doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-3-465-472

Аннотация

Введение. Представлены результаты исследования морфологии и фотокаталитического разложения воды тонких нанопористых пленок в виде фрактальных дендритов из серебра и меди, а также их соединений — йодида и оксида. Метод. Нанопористые слои из серебра и меди синтезированы методом химической реакции замещения на металлических подложках. Йодирование проведено в парах йода. Оксидирование выполнено путем нагрева на воздухе. Изучение морфологии и состава синтезированных слоев осуществлено с помощью сканирующего электронного микроскопа. Основные результаты. Показано, что уже через 2–3 с после начала реакции на подложках формируются металлические нанопористые слои толщиной до 1 мкм. Слои серебра состоят из кристаллических гексагональных пластин и микро- и нанодендритов. В случае реакции замещения с солью меди сразу происходит формирование слоя, состоящего из медных микродендритов. Внутренний квантовый выход фотокатализа воды для слоев с серебром и медью, а также слоев металл-полупроводник составил 0,4– 0,45 %. Обсуждение. Полученные результаты могут быть использованы для создания фотокатодов с большой поверхностью для фотокаталитического разложения воды с целью получения водородного топлива.

Ключевые слова: нанопористый слой, серебро, медь, морфология, фотокатализ

Благодарности. Работа проводилась при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 20-19-00559. Электронно-микроскопические исследования выполнены с использованием оборудования Федерального центра коллективного пользования «Материаловедение и диагностика в передовых технологиях» при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Список литературы

1. Hoffmann M.R., Martin S.T., Choi W., Bahnemann D.W. Environmental applications of semiconductor photocatalysis // Chemical Reviews. 1995. V. 95. N 1. P. 69–96. https://doi.org/10.1021/cr00033a004
2. Fujishima A., Honda K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode // Nature. 1972. V. 238. N 5358. P. 37–38. https://doi.org/10.1038/238037a0
3. Morales-Guio C.G., Stern L.-A., Hu X. Nanostructured hydrotreating catalysts for electrochemical hydrogen evolution // Chemical Society Reviews. 2014. V. 43. N 18. P. 6555–6569. https://doi.org/10.1039/c3cs60468c
4. Warren S.C., Thimsen E. Plasmonic solar water splitting // Energy & Environmental Science. 2012. V. 5. N 1. P. 6446. https://doi.org/10.1039/c1ee02875h
5. Gan J., Lu X., Tong Y. Towards highly efficient photoanodes: boosting sunlight-driven semiconductor nanomaterials for water oxidation // Nanoscale. 2014. V. 6. N 13. P. 7142–7164. https://doi.org/10.1039/c4nr01181c
6. Koya A.N., Zhu X., Ohannesian N., Yanik A.A., Alabastri A., Zaccaria R.P., Krahne R., Shih W.-C., Garoli D. Nanoporous metals: From plasmonic properties to applications in enhanced spectroscopy and photocatalysis // ACS Nano. 2021. V. 15. N 4. P. 6038–6060. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c10945
7. Peerakiatkhajohn P., Butburee T., Yun J.-H., Chen H., Richards R.M., Wang L. A hybrid photoelectrode with plasmonic Au@TiO2 nanoparticles for enhanced photoelectrochemical water splitting // Journal of Materials Chemistry A. 2015. V. 3. N 40. P. 20127–20133. https://doi.org/10.1039/c5ta04137f
8. Siripala W., Ivanovskaya A., Jaramillo T.F., Baeck S.H., McFarland E.W. A Cu2O/TiO2 heterojunction thin film cathode for photoelectrocatalysis // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2003. V. 77. N 3. P. 229–237. https://doi.org/10.1016/S0927-0248(02)00343-4
9. Cao J., Luo B., Lin H., Chen S. Synthesis, characterization and photocatalytic activity of AgBr/H2WO4 composite photocatalyst // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2011. V. 344. N 1-2. P. 138–144. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2011.05.012
10. Wang P., Huang B.B., Qin X.Y., Zhang X.Y., Dai Y., Wei J.Y., Whangbo M.H. Ag@AgCl: A Highly efficient and stable photocatalyst active under visible light // Angewandte Chemie International Edition. 2008. V. 47. N 41. P. 7931–7933. https://doi.org/10.1002/anie.200802483
11. Wang P., Huang B.B., Zhang X.Y., Qin X.Y., Jin H., Dai Y., Wang Z.Y., Wei J.Y., Zhan J., Wang S.Y., Wang J.P., Whangbo M.H. Highly efficient visible-light plasmonic photocatalyst Ag@AgBr // Chemistry - A European Journal. 2009. V. 15. N 8. P. 1821–1824. https://doi.org/10.1002/chem.200802327
12. Wang P., Huang B.B., Zhang Q.Q., Zhang X., Qin X.Y., Dai Y., Zhan J., Yu J.G., Liu H.X., Lou Z.Z. Highly efficient visible light plasmonic photocatalyst Ag@Ag(Br,I) // Chemistry - A European Journal. 2010. V. 16. N 33. P. 10042. https://doi.org/10.1002/chem.200903361
13. Jia H., Wong Y.L., Wang B., Xing G., Tsoi C.C., Wang M., Zhang W., Jian A., Sang S., Lei D., Zhang X. Enhanced solar water splitting using plasmon-induced resonance energy transfer and unidirectional charge carrier transport // Optics Express. 2021. V. 29. N 21. P. 34810. https://doi.org/10.1364/OE.440777
14. Xiang Q.J., Yu J.G., Cheng B., Ong H.C. Microwave‐hydrothermal preparation and visible‐light photoactivity of plasmonic photocatalyst Ag‐TiO2 nanocomposite hollow spheres // Chemistry - An Asian Journal. 2010. V. 5. N 6. P. 1466–1474. https://doi.org/10.1002/asia.200900695
15. Zhou H., Sheng X., Xiao J., Ding Zh. Increasing the efficiency of photocatalytic reactions via surface microenvironment engineering // Journal of the American Chemical Society. 2020. V. 142. N 6. P. 2738–2743. https://doi.org/10.1021/jacs.9b12247
16. Климов В.В. Наноплазмоника. М.: Физмалит, 2010. 480 с.
17. Kreibig U., Vollmer M. Optical Properties of Metal Clusters. Berlin: Springer-Verlag, 1995. 532 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-09109-8
18. Stockman M.I. Electromagnetic Theory of SERS // Surface-enhanced Raman scattering. New York. Springer, 2006. P. 47–65. https://doi.org/10.1007/3-540-33567-6_3
19. Yakimchuk D.V., Kaniukov E.Y., Lepeshov S., Bundyukova V.D., Demyanov S.E., Arzumanyan G.M., Doroshkevich N.V., Mamatkulov K.Z., Bochmann A., Presselt M., Stranik O., Khubezhov S.A., Krasnok A.E., Alù A., Sivakov A. Self-organized spatially separated silver 3D dendrites as efficient plasmonic nanostructures for surface-enhanced Raman spectroscopy applications // Journal of Applied Physics. 2019. V. 126. N 23. P. 233105. https://doi.org/10.1063/1.5129207
20. Ding Y., Zhang Z. Nanoporous Metals for Advanced Energy Technologies. Springer Cham, 2016. 223 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-29749-1
21. Koya A.N., Cunha J., Guo T.-L., Toma A., Garoli D., Wang T., Juodkazis S., Cojoc D., Zaccaria R.P. Novel plasmonic nanocavities for optical trapping-assisted biosensing applications // Advanced Optical Materials. 2020. V. 8. N 7. P. 1901481. https://doi.org/10.1002/adom.201901481
22. Fujita T. Hierarchical nanoporous metals as a path toward the ultimate three-dimensional functionality // Science and Technology of Advanced Materials. 2017. V. 18. N 1. P. 724–740. https://doi.org/10.1080/14686996.2017.1377047
23. Pshenova A.S., Sidorov A.I., Antropova T.V., Nashchekin A.V. Luminescence enhancement and SERS by self-assembled plasmonic silver nanostructures in nanoporous glasses // Plasmonics. 2019. V. 14. N 1. P. 125–131. https://doi.org/10.1007/s11468-018-0784-5
24. Komissarenko F.E., Mukhin I.S., Golubok A.O., Nikonorov N.V., Prosnikov M.A., Sidorov A.I. Effect of electron beam irradiation on thin metal films on glass surfaces in a submicrometer scale // Journal of Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS. 2016. V. 15. N 1. P. 013502. https://doi.org/10.1117/1.JMM.15.1.013502
25. Choi S., Dickson R.M., Yu J. Developing luminescent silver nanodots for biological applications // Chemical Society Reviews. 2012. V. 41. N 5. P. 1867–1891. https://doi.org/10.1039/c1cs15226b
26. Arnob M.M.P., Artur C., Misbah I., Mubeen S., Shih W.-C. 10×-enhanced heterogeneous nanocatalysis on a nanoporous gold disk array with high-density hot spots // ACS Applied Materials & Interfaces. 2019. V. 11. N 4. P. 13499–13506. https://doi.org/10.1021/acsami.8b19914
27. Shen Z., O’Carroll D.M. Nanoporous silver thin films: Multifunctional platforms for influencing chain morphology and optical properties of conjugated polymers // Advanced Functional Materials. 2015. V. 25. N 22. P. 3302–3313. https://doi.org/10.1002/adfm.201500456
28. Ron R., Haleva E., Salomon A. Nanoporous metallic networks: fabrication, optical properties, and applications // Advanced Materials. 2018. V. 30. N 41. P. 1706755. https://doi.org/10.1002/adfm.201500456
29. Jiao Y., Chen M., Ren Y., Mai H. Synthesis of three-dimensional honeycomb-like Au nanoporous films by laser induced modification and its application for surface enhanced Raman spectroscopy // Optical Materials Express. 2017. V. 7. N 5. P. 1557. https://doi.org/10.1364/OME.7.001557
30. Самсонов В.М., Кузнецова Ю.В., Дьякова Е.В. О фрактальных свойствах агрегатов металлических нанокластеров на твердой поверхности // Журнал технической физики. 2016. T. 86. № 2. C. 71–77.
31. Tamm I., Schubin S. Zur theorie des photoeffektes an metallen // Zeitschrift für Physik. 1931. V. 68. N 1-2. P. 97–113. https://doi.org/10.1007/BF01392730
32. Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионная электроника. М.: Наука, 1966. 564 с.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License