bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2023-21-3-5-11bsuir-3640Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSВлияние алюминия на синтез графитоподобного нитрида углерода из тиомочевиныThe Role of Aluminum in Graphitic Carbon Nitride Synthesis from TioureaМаксимовС. Е.MaksimovS. E.

Максимов Сергей Евгеньевич, студент

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

Тел.: +375 17 293-88-69

Maksimov Sergey Evgenyevich, Student

220013, Minsk, P. Brovki St., 6

Tel.: +375 17 293-88-69

maksimov914@gmail.comЧубенкоЕ. Б.ChubenkoE. B.

Чубенко Е. Б., к т. н., доцент, ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории материалов и структуры наноэлектроники научно-исследовательской части

Минск

Cand. of Sci., Associate Professor, Leading Researcher at the Research Laboratory of Materials and Structures of Nanoelectronics of R&D Department

Minsk

БорисенкоВ. Е.BorisenkoV. E.

Борисенко В. Е., д. ф.-м. н., профессор, профессор кафедры микро- и наноэлектроники

Минск

Dr. of Sci. (Phys. and Math.), Professor, Professor at the Micro- and Nanoelectronics Department

Minsk

КулакА. И.KulakA. I.

Кулак А. И., академик, д. х. н., профессор, директор

Минск

Academician, Dr. of Sci. (Chem.), Professor, Director

Minsk

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and RadioelectronicsИнститут общей и неорганической химии Национальной академии наук БеларусиInstitute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus202320062023213511Copyright © Максимов С.Е., Чубенко Е.Б., Борисенко В.Е., Кулак А.И., 20232023Максимов С.Е., Чубенко Е.Б., Борисенко В.Е., Кулак А.И.Maksimov S.E., Chubenko E.B., Borisenko V.E., Kulak A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3640

Исследован процесс формирования композитного материала на основе графитоподобного нитрида углерода путем пиролитического разложения при 550 °C смеси тиомочевины с добавлением алюминиевой пудры в количестве 5–30 масс.%. Анализ методами растровой электронной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и рентгеновской дифрактометрии позволил установить, что синтезированный материал состоит из нитрида углерода, сульфида алюминия, остаточного металлического алюминия и его гидроокиси. Избыток металлического алюминия обусловлен частичным взаимодействием с серосодержащими летучими веществами, образующимися при термическом разложении тиомочевины. Показано, что интенсивность и ширина спектров фотолюминесценции синтезированных композитов определяется концентрацией алюминия в исходной смеси. Максимум интенсивности фотолюминесценции при увеличении концентрации алюминия от 5 до 30 масс.% смещается в длинноволновую область с 534 на 560 нм. Это может быть использовано при создании оптоэлектронных устройств на основе графитоподобного нитрида углерода.

The synthesis of a composite material based on graphitic carbon nitride by pyrolytic decomposition at 550 °C of a mechanical mixture of thiourea with the addition of aluminum powder in the amount of 5–30 wt.% has been studied. According to the scanning results by means of electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, and X-ray diffractometry the synthesized material consists of carbon nitride, aluminum sulfide, residual metallic aluminum and aluminum hydroxide. The excess of metallic aluminum is due to the partial interaction with sulfur-containing volatile substances formed during the thermal decomposition of thiourea. It is shown that the intensity and width of the photoluminescence spectra of the synthesized composites are determined by the aluminum concentration in the initial mixture. As the aluminum concentration increases from 5 to 30 wt.%, the photoluminescence intensity maximum shifts to the long wavelength region from 534 to 560 nm. This can be used to create optoelectronic devices based on the graphitic carbon nitride.

графитоподобный нитрид углеродаалюминийсульфид алюминиярастровая электронная микроскопиярентгеновская дифрактометрияфотолюминесценцияgraphitic carbon nitridealuminumaluminum sulfidescanning electron microscopyX-ray dif­fractometryphotoluminescenceРабота выполнена в рамках ГПНИ «Материаловедение, новые материалы и технологии», задание 1.4, ГПНИ «Конвергенция», задание 3.03.4, и гранта БРФФИ Ф22-114. Авторы выражают благодарность Д. В. Жигулину за анализ образцов методом растровой электронной микроскопии.The work is supported by the SPSI “Materials science, new materials and technologies”, project 1.4, SPSI “Convergence”, project 3.03.4, and grant F22-114 of the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research. We are grateful to D. V. Zhygulin for analysis of the samples with scanning electron microscopy.ReferencesBaglov A. V., Chubenko E. B., Hnitsko A. A., Borisenko V. E., Malashevich A. A., Uglov V. V. (2020) Structural and Photoluminescence Properties of Graphite-Like Carbon Nitride. Semiconductors. (54), 226–230. DOI: 10.1134/S1063782620020049.Baglov A. V., Chubenko E. B., Hnitsko A. A., Borisenko V. E., Malashevich A. A., Uglov V. V. (2020) Structural and Photoluminescence Properties of Graphite-Like Carbon Nitride. Semiconductors. (54), 226–230. DOI: 10.1134/S1063782620020049.Wu Y., Wang Y., Li M. (2021) Progress in Photocatalysis of g-C3N4 and its Modified Compounds. E3S Web of Conferences. (233), 01114. DOI: 10.1051/e3sconf/202123301114.Wu Y., Wang Y., Li M. (2021) Progress in Photocatalysis of g-C3N4 and its Modified Compounds. E3S Web of Conferences. (233), 01114. DOI: 10.1051/e3sconf/202123301114.Wen J., Xie J., Chen X., Li X. (2017) A Review on g-C3N4-Based Photocatalysts. Appl. Surf. Sci. (391), 72–123. DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.07.030.Wen J., Xie J., Chen X., Li X. (2017) A Review on g-C3N4-Based Photocatalysts. Appl. Surf. Sci. (391), 72–123. DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.07.030.Denisov N. M., Chubenko E. B., Bondarenko V. P., Borisenko V. E. (2019) Synthesis of Oxygen-Doped Graphitic Carbon Nitride from Thiourea. Tech. Phys. Lett. (45), 108–110. DOI: 10.1134/S1063785019020068.Denisov N. M., Chubenko E. B., Bondarenko V. P., Borisenko V. E. (2019) Synthesis of Oxygen-Doped Graphitic Carbon Nitride from Thiourea. Tech. Phys. Lett. (45), 108–110. DOI: 10.1134/S1063785019020068.Sudhaik A., Raizada P., Shandilya P., Jeong D.-Y., Lim J.-H., Singh P. (2018) Review on Fabrication of Graphitic Carbon Nitride Based Efficient Nanocomposites for Photodegradation of Aqueous Phase Organic Pollutants. J. Ind. Eng. Chem. (67), 28–51. DOI: 10.1016/j.jiec.2018.07.007.Sudhaik A., Raizada P., Shandilya P., Jeong D.-Y., Lim J.-H., Singh P. (2018) Review on Fabrication of Graphitic Carbon Nitride Based Efficient Nanocomposites for Photodegradation of Aqueous Phase Organic Pollutants. J. Ind. Eng. Chem. (67), 28–51. DOI: 10.1016/j.jiec.2018.07.007.Zhu J., Xiao P., Li H., Carabineiro S. A. C. (2014) Graphitic Carbon Nitride: Synthesis, Properties, and Applications in Catalysis. ACS Appl. Mater. Interface. (6), 16449–16465. DOI: 10.1021/am502925j.Zhu J., Xiao P., Li H., Carabineiro S. A. C. (2014) Graphitic Carbon Nitride: Synthesis, Properties, and Applications in Catalysis. ACS Appl. Mater. Interface. (6), 16449–16465. DOI: 10.1021/am502925j.Chubenko E. B., Baglov A. V., Leonenya M. S., Yablonskii G. P., Borisenko V. E. (2020) Structure of Photoluminescence Spectra of Oxygen-Doped Graphitic Carbon Nitride. J. Appl. Spectr. (87), 9–14. DOI: 10.1007/s10812-020-00954-y.Chubenko E. B., Baglov A. V., Leonenya M. S., Yablonskii G. P., Borisenko V. E. (2020) Structure of Photoluminescence Spectra of Oxygen-Doped Graphitic Carbon Nitride. J. Appl. Spectr. (87), 9–14. DOI: 10.1007/s10812-020-00954-y.Zhao Z., Sun Y., Dong F. (2015) Graphitic Carbon Nitride Based Nanocomposites: a Review. Nanoscale. (7), 15–37. DOI: 10.1039/C4NR03008G.Zhao Z., Sun Y., Dong F. (2015) Graphitic Carbon Nitride Based Nanocomposites: a Review. Nanoscale. (7), 15–37. DOI: 10.1039/C4NR03008G.Chubenko E. B., Baglov A. V., Borisenko V. E. (2020) One-Step Synthesis of Visible Range Luminescent Multicomponent Semiconductor Composites Based on Graphitic Carbon Nitride. Advanced Photonics Research. (1), 2000004. DOI: 10.1002/adpr.202000004.Chubenko E. B., Baglov A. V., Borisenko V. E. (2020) One-Step Synthesis of Visible Range Luminescent Multicomponent Semiconductor Composites Based on Graphitic Carbon Nitride. Advanced Photonics Research. (1), 2000004. DOI: 10.1002/adpr.202000004.Chubenko E. B., Baglov A. V., Leanenia M. S., Urmanov B. D., Borisenko V. E. (2021) Broad Band Photoluminescence of g-C3N4/ZnO/ZnS Composite Towards White Light Source. Mater. Sci. Eng., B. (267), 115109. DOI: 10.1016/j.mseb.2021.115109.Chubenko E. B., Baglov A. V., Leanenia M. S., Urmanov B. D., Borisenko V. E. (2021) Broad Band Photoluminescence of g-C3N4/ZnO/ZnS Composite Towards White Light Source. Mater. Sci. Eng., B. (267), 115109. DOI: 10.1016/j.mseb.2021.115109.Thomas A., Fischer A., Goettmann F., Antonietti M., Muller J.-O., Schlogl R., Carlsson J. M. (2008) Graphitic Carbon Nitride Materials: Variation of Structure and Morphology and their Use as Metal-Free Catalysts. J. Mater. Chem. (18), 4893–4908. DOI: 10.1039/B800274F.Thomas A., Fischer A., Goettmann F., Antonietti M., Muller J.-O., Schlogl R., Carlsson J. M. (2008) Graphitic Carbon Nitride Materials: Variation of Structure and Morphology and their Use as Metal-Free Catalysts. J. Mater. Chem. (18), 4893–4908. DOI: 10.1039/B800274F.Moldoveanu S. C. (2019) Pyrolysis of Organic Molecules. Amsterdam, Elsevier Science Publ.Moldoveanu S. C. (2019) Pyrolysis of Organic Molecules. Amsterdam, Elsevier Science Publ.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.