Формирование и свойства композитных гетеросистем на основе макропористого кремния, графитоподобного нитрида углерода и полупроводниковых соединений
https://doi.org/10.35596/1729-7648-2022-20-4-53-61
Аннотация
Показана возможность пиролитического синтеза композитных гетеросистем на основе макропористого кремния, графитоподобного нитрида углерода и широкозонных полупроводников оксида и сульфида цинка (g-C3N4/ZnO/ZnS) из механической смеси тиомочевины и ацетата цинка при температуре 500 – 600 °C. Исследование полученных материалов методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии показало равномерное заполнение макропористого кремния композитом g-C3N4/ZnO/ZnS с образованием сплошной композитной пленки на поверхности. Фотолюминесценция образцов контролируется температурой синтеза. Ее увеличение приводит к сдвигу максимума свечения в диапазон больших энергий с 544 на 516 нм. Установлено, что фотокаталитическая активность композитных гетеросистем, полученных при меньшей температуре, выше, что обусловлено более развитой морфологией поверхности и меньшей шириной запрещенной зоны. Полученные материалы могут быть использованы для создания фотокаталитических покрытий и функциональных слоев оптоэлектронных приборов.
Ключевые слова
графитоподобный нитрид углерода,
оксид цинка,
сульфид цинка,
макропористый кремний,
фотолюминесценция,
фотокатализ,
сканирующая электронная микроскопия,
очистка воды
При поддержке: Работа выполнена в рамках задания 1.4 ГПНИ Республики Беларусь «Материаловедение, новые материалы и технологии» и гранта Министерства образования для магистрантов. Авторы выражают благодарность Д.В. Жигулину за проведение исследований образцов методом сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии.
Об авторах
В. П. Гребнев
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Беларусь
Беларусь
Гребнев Вадим Петрович, магистрант кафедры микро- и наноэлектроники
220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6
тел. +375-29-821-80-89
Е. Б. Чубенко
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Беларусь
Беларусь
к.т.н., доцент, ведущий научный сотрудник НИЛ 4.3 НИЧ
г. Минск
В. П. Бондаренко
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Беларусь
Беларусь
к.т.н., доцент, заведующий НИЛ 4.3 НИЧ
г. Минск
Список литературы
1. Redemann C.E, Lucas H.J. Some derivatives of cyameluric acid and probable structures of melam, melem and melon. Journal of the American Chemical Society. 1940;62:842-846. DOI:10.1021/JA01861A038.
2. Teter D.M, Hemley R.J. Low-compressibility carbon nitrides. Science. 1996;271:53-55. DOI:10.1126/science.271.5245.53.
3. Gong Y., Li M., Wang Y. Carbon Nitride in Energy Conversion and Storage: Recent Advances and Future Prospects. ChemSusChem. 2015;8:931-946. DOI:10.1002/cssc.201403287.
4. Zhang X., Xie X., Wang H., Zhang J., Pan B., Xie Y. Enhanced Photoresponsive Ultrathin Graphitic-Phase C3N4 Nanosheets for Bioimaging. Journal of the American Chemical Society. 2013;135:18-21. DOI:10.1021/ja308249k.
5. Cao S., Low J., Yu J. Jaroniec M. Polymeric photocatalysts based on graphitic carbon nitride. Advanced Materials. 2015;27:2150-2176. DOI:10.1002/adma.201500033.
6. Thomas A., Fischer A., Goettmann F., Antonietti M., Muller J.-O., Schlogl R., Carlsson J.M. Graphitic carbon nitride materials: variation of structure and morphology and their use as metal-free catalysts. Journal of Materials Chemistry. 2008;18:4893-4908. DOI:10.1039/B800274F.
7. Zheng Y., Liu J., Liang J., Jaroniec M., Qiao S.Z. Graphitic carbon nitride materials: controllable synthesis and applications in fuel cells and photocatalysis. Energy Environ. Sci. 2012;5:6717-6731. DOI:10.1039/C2EE03479D.
8. Huang D., Chen S., Zeng G., Gong X., Zhou C., Cheng M., Xue W., Yan X., Li J. Artificial Z-scheme photocatalytic system: What have been done and where to go? Coordination Chemistry Reviews. 2019;385:44-80. DOI: 10.1016/j.ccr.2018.12.013.
9. Chubenko E.B., Baglov A.V., Leanenia M.S., Urmanov B.D., Borisenko V.E. Broad band photoluminescence of g-C3N4/ZnO/ZnS composite towards white light source. Materials science and Engineering B. 2021;267:115109. DOI: 10.1016/j.mseb.2021.115109.
10. Chubenko E.B., Baglov A.V., Borisenko V.E. One-Step synthesis of visible range luminescent multicomponent semiconductor composites based on graphitic carbon nitride. Advanced Photonics Research. 2020;1:2000004. DOI: 10.1002/adpr.202000004.
11. Janotti А., Van de Walle C.-G. Fundamentals of zinc oxide as a semiconductor. Reports on Progress in Physics. 2009;72:1-30. DOI:10.1088/0034-4885/72/12/126501.
12. Zhang H., Huang F., Gilbert A., Banfield J.F. Molecular Dynamics Simulations, Thermodynamic Analysis, and Experimental Study of Phase Stability of Zinc Sulfide Nanoparticles. Journal of Physical Chemistry B. 2003;107:13051-13060. DOI:10.1021/JP036108T.
13. Föl H., Christophersen M., Carstensen J., Hasse G. Formation and application of porous silicon. Materials Science and Engineering R. 2002;39:93-141. DOI:10.1016/S0927-796X(02)00090-6.
14. Zouadi N., Messaci S., Sam S., Bradai D., Gabouze N. CO2 detection with CNx thin films deposited on porous silicon. Materials Science in Semiconductor Processing. 2015;29:367-371. DOI:10.1016/J.MSSP.2014.07.023.
15. Li T. Synthesis, characterisation and photocatalytic activity of porous silicon-based materials. Norwich: University of East Anglia; 2017.
16. Grebnev V.P, Chubenko E.B. Synthesis of composite materials based on macroporous silicon and graphitic carbon nitride. Actual Problems of Solid State Physics. 2021;2:59-62.
17. Chubenko E.B., Baglov A.V., Leanenia M.S., Yablonskii G.P., Borisenko V.E. Structure of Photoluminescence Spectra of Oxygen-Doped Graphitic Carbon Nitride. Journal of Applied Spectroscopy. 2020;87:9-14. DOI: 10.1007/s10812-020-00954-y.
18. Chubenko E.B., Denisov N.M., Baglov A.V., Bondarenko V.P., Uglov V.V., Borisenko V.E. Recovery behavior of the luminescence peak from graphitic carbon nitride as a function of the synthesis temperature. Crystal Research and Technology. 2020;55:1900163. DOI: 10.1002/crat.201900163.
Рецензия
Для цитирования:
Гребнев В.П., Чубенко Е.Б., Бондаренко В.П. Формирование и свойства композитных гетеросистем на основе макропористого кремния, графитоподобного нитрида углерода и полупроводниковых соединений. Доклады БГУИР. 2022;20(4):53-61. https://doi.org/10.35596/1729-7648-2022-20-4-53-61
For citation:
Grebnev V.P., Chubenko E.B., Bondarenko V.P. Formation and Properties of Heterosystems Based on Porous Silicon, Graphitic Carbon Nitride and Semiconductor Compounds. Doklady BGUIR. 2022;20(4):53-61. (In Russ.) https://doi.org/10.35596/1729-7648-2022-20-4-53-61
Просмотров: 336
Послать статью по эл. почте 