Laser ablation of silicon monoxide and titanium monoxide in liquid: formation of mixed colloidal dispersion with photocatalytic activity

Abstract

Smíšené oxidy křemičito-titanové a jejich kompozity byly rozsáhle studovány, zatímco jejich protějškům oxidu titaničitého (TiO) a oxidu křemičitého (SiO) byla věnována velmi malá pozornost. Laserová ablace SiO a TiO v kapalinách je podle literatury zcela neprobádána. Tento článek popisuje Nd: YAG pulzní laserovou ablaci SiO a TiO v ethanolu, která umožňuje tvorbu nanočástic na bázi SiO a TiO a jejich aglomerátů. Smíšený koloid SiO-TiO byl připraven jednoduchým smísením jednotlivých ablativně připravených koloidů v objemovém poměru 1: 1. Měření velikosti částic pomocí dynamického rozptylu světla (DLS) určuje velikosti 24,85 nm a 262,3 nm pro koloid SiO, 494,8 nm pro koloid TiO a 35,2 nm a 397,5 nm pro směsný koloid. Hodnoty Zeta potenciálu naznačují počáteční nestabilitu pro všechny měřené systémy. Morfologie částic zachycených na substrátu Ta odpařením ethanolu byla studována pomocí skenovací elektronové mikroskopie (SEM). Byly pozorovány kulaté, oválné a listové částice a jejich aglomeráty. Ramanova spektroskopie smíšeného koloidu SiO-TiO odhalila vícefázovou strukturu sestávající se z anatasu a rutilu, krystalického a amorfního křemíku a oxidu křemičitého a krystalického a amorfního silicidu titanu TiSi2. Tvorba TiSi2 demonstruje neočekávanou nízkoteplotní disproporci druhů na bázi SiO a TiO a vzájemné redukční interakce. Katalytická aktivita jednotlivých koloidů SiO a TiO a jejich směsí byla testována pomocí degradace methylenové modři (MB) za denního světla. Směs TiO-SiO vykazuje vyšší katalytickou aktivitu vůči slunečnímu světlu ve srovnání s jednotlivými koloidy, což lze vysvětlit přítomností vysoce fotokatalytického TiSi2. Tyto výsledky představují potenciál interakcí redukujících SiO a TiO, které jsou příznivé pro generování fotokatalytických materiálů a sanaci vody.