Формирование фотокаталитических пленок TiO₂ методом реактивного магнетронного распыления с применением квазизамкнутого пространства

Аннотация

Рассмотрено влияние квазизамкнутого пространства на кристаллическое строение и фотокаталитическую активность пленок диоксида титана, получаемых по технологии реактивного импульсного магнетронного распыления. Проведен анализ современных достижений в области технологий формирования активных фотокаталитических слоев, выявлены преимущества и недостатки существующих технологий. Описаны оборудование, последовательность и принципы создания квазизамкнутого пространства в вакуумной рабочей камере. Показаны этапы и основные технологические параметры для формирования фотокаталитических пленок методом реактивного импульсного магнетронного распыления с применением квазизамкнутого пространства и без его применения. Приведены результаты исследования полученных пленок спектрофотометрическим методом, построены спектры пропускания. Показаны результаты исследований кристаллического строения полученных пленок диоксида титана с помощью дифрактометрического метода. Изучено влияние применения квазизамкнутого пространства в технологии импульсного реактивного магнетронного распыления на кристаллическую струтуру и фотокаталитическую активность диоксида титана. Описана методика исследования фотокаталитической активности пленок, основанная на разложении метиленового синего раствора. Доказано, что применение квазизамкнутого пространства при формировании пленок диоксида титана методом реактивного импульсного магнетронного распыления увеличивает их фотокаталитическую активность

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Шашин Д.Е., Дьячков А.Д. Формирование фотокаталитических пленок TiO₂ методом реактивного магнетронного распыления с применением квазизамкнутого пространства. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2024, № 3 (148), с. 75--90. EDN: LILUCB

Литература

[1] Manias S.N. Fully controlled semiconductor devices. In: Power electronics and motor drive systems. New York, Academic Press, 2017, pp. 695--805. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-811798-9.00010-X

[2] Mousset E., Loh W.H., Lim W.S., et al. Cost comparison of advanced oxidation processes for wastewater treatment using accumulated oxygen-equivalent criteria. Water Res., 2021, vol. 200, art. 117234. DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.117234

[3] Sun S., Song P., Cui J., et al. Amorphous TiO₂ nanostructures: Synthesis, fundamental properties and photocatalytic applications. Catal. Sc. Technol., 2019, vol. 9, no. 16, pp. 4198--4215. DOI: https://doi.org/10.1039/C9CY01020C

[4] Nguyen V.H., Vo D.V.N., Nanda S. Nanostructured photocatalysts. Amsterdam, Elsevier, 2021.

[5] Zhang J., Tian B., Wang L., et al. Photocatalysis. Fundamentals, materials and applications. Singapore, Springer, 2018.

[6] Ameta R., Solanki M.S., Benjamin S., et al. Photocatalysis. In: Advanced oxidation processes for wastewater treatment. New York, Academic Press, 2018, pp. 135--175. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-810499-6.00006-1

[7] Hubbard S. Recombination. In: Photovoltaic solar energy. New York, Wiley, 2017, pp. 39--46.

[8] Reynolds S., Brinza M., Benkhedir M.L., et al. Photoconductivity in materials research. In: Springer handbook of electronic and photonic materials, 2017, pp. 151--174. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-48933-9_7

[9] Szabo M., Beller G., Kalmar J., et al. The kinetics and mechanism of complex redox reactions in aqueous solution: the tools of the trade. Adv. Inorg. Chem., 2017, vol. 70, pp. 1--61. DOI: https://doi.org/10.1016/bs.adioch.2017.02.004

[10] Athanasekou C.P., Likodimos V., Falaras P. Recent developments of TiO₂ photocatalysis involving advanced oxidation and reduction reactions in water. J. Environ. Chem. Eng., 2018, vol. 6, no. 6, pp. 7386--7394.DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.07.026

[11] Hong N.H. Introduction to nanomaterials: basic properties, synthesis, and characterization. In: Nano-sized multifunctional materials. Amsterdam, Elsevier, 2019, pp. 1--19. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813934-9.00001-3

[12] Khan M.M. Principles and mechanisms of photocatalysis. In: Photocatalytic systems by design. Amsterdam, Elsevier, 2021, pp. 1--22. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-820532-7.00008-4

[13] Niemela J.P., Marin G., Karppinen M. Titanium dioxide thin films by atomic layer deposition: a review. Semicond. Sc. Technol., 2017, vol. 32, no. 9, art. 093005. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6641/aa78ce

[14] Ullattil S.G., Periyat P. Sol-gel synthesis of titanium dioxide. In: Advances in sol-gel derived materials and technologies. New York, Springer, 2017, pp. 271--283. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-50144-4_9

[15] Shashin D.E., Sushentsov N.I. Obtaining thin metal films and their compounds using magnetron sputtering and arc evaporation in a single technological cycle. J. Phys.: Conf. Ser., 2021, vol. 2059, art. 012022. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/2059/1/012022

[16] Jilani A., Abdel-Wahab M.S., Hammad A.H. Advance deposition techniques for thin film and coating. In: Modern technologies for creating the thin-film systems and coatings. IntechOpen, 2017, pp. 953--978. DOI: https://doi.org/10.5772/65702

[17] Sidaraviciute R., Kavaliunas V., Puodziukynas L., et al. Enhancement of photocatalytic pollutant decomposition efficiency of surface mounted TiO₂ via lithographic surface patterning. Environ. Technol. Innov., 2020, vol. 19, art. 100983. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eti.2020.100983

[18] Shashin D.E., Sushentsov N.I. Development of manufacturing technology of photo-dielectric sensitive element of ultraviolet range on the basis of thin films of zinc oxide. Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Instrument Engineering, 2019, № 6 (129), с. 99--109. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3933-2019-6-99-109

[19] Ye W., Fang K. Comparative study on structure and properties of ZnO thin films prepared by RF magnetron sputtering using pure metallic Zn target and ZnO ceramic target. Surf. Eng., 2020, vol. 36, no. 1, pp. 49--54. DOI: https://doi.org/10.1080/02670844.2018.1555214

[20] Zhang P., Wang L. Enhancing efficiency in transparent thin-film ZnO/P₃HT solar cells by the improved crystalline quality of ZnO. Physica Status Solidi (A), 2021, vol. 218, no. 2, art. 2000535. DOI: https://doi.org/10.1002/pssa.202000535

[21] Шашин Д.Е., Сушенцов Н.И., Будкина И.М. Способ получения фотокаталитических пленок оксида титана и установка для его осуществления. Патент РФ 2794659. Заявл. 23.01.2023, опубл. 24.04.2023.