Methods of Titanium Dioxide Synthesis (Review)

І. Ф. Миронюк; Л. М. Солтис; Т. Р. Татарчук; Х. О. Савка

doi:10.15330/pcss.21.3.462-477

Автор(и)

І. Ф. Миронюк ДВНЗ “Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника”
Л. М. Солтис ДВНЗ “Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника”
Т. Р. Татарчук ДВНЗ “Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника”
Х. О. Савка ДВНЗ “Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника”

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.21.3.462-477

Ключові слова:

титан(IV) оксид, золь-гель метод, гідротермальний метод, аквакомплексний прекурсор, «зелений» синтез, анатаз, рутил, брукіт, темплат

Анотація

Наноматеріали на основі ТіО₂ привертають велику увагу в багатьох сферах застосування, таких як фотокаталіз, фотоелектрика, зондування, електро-хромність, фотохромність тощо. Вони широко використовуються у лакофарбових та полімерних матеріалах, сонцезахисній косметиці та зубних пастах. Існують різноманітні шляхи синтезу, що впливають на розмір, форму та кристалічність наночастинок ТіО₂. До основних методів отримання діоксиду титану у вигляді сфер, стержнів, волокон та трубок (зі структурою анатазу, рутилу або брукіту) можна віднести золь-гель технології, гідротермальні та сольвотермальні способи, мікрохвильовий метод за участю високочастотних електромагнітних хвиль, темплатний метод, способи прямого окиснення, електроосадження, сонохімічний метод з використанням дії ультразвуку, хімічне та фізичне осадження з парової фази, «зелені» методи тощо. У даному літературному огляді приведені сучасні наукові результати з питань отримання наночастинок ТіО₂ різноманітними методами.

Посилання

A. Fujishima, K. Honda, Nature, 238, 37 (1972) (doi: 10.1038/238037a0).

K. Nakata, A. Fujishima, J. Photochem. Photobiol. C Photochem. Rev., 13 (3), 169 (2012) (doi: 10.1016/j.jphotochemrev.2012.06.001).

I.F. Mironyuk, L.M. Soltys, T.R. Tatarchuk, V.I. Tsinurchyn, Phys. Chem. Solid State, 21 (2), 300 (2020) (doi: 10.15330/pcss.21.2.300-311).

I.F. Mironyuk, V.L. Cheliadyn, Phys. Chem. Solid State, 11 (4), 815 (2010).

A. Kumar, Am. J. Nano Res. Appl., 6 (1), 1 (2018) (doi: 10.11648/j.nano.20180601.11).

B. Niu, X. Wang, K. Wu, X. He, R. Zhang, Materials (Basel), 11 (10), 1 (2018) (doi: 10.3390/ma11101910).

N.P. Shetti, S.D. Bukkitgar, K.R. Reddy, C.V. Reddy, T.M. Aminabhavi, Colloids Surfaces B Biointerfaces, 178, 385 (2019) (doi: 10.1016/j.colsurfb.2019.03.013).

H. Zhang, J.F. Banfield, Chem. Rev., 114 (19), 9613 (2014) (doi: 10.1021/cr500072j).

M.T. Noman, M.A. Ashraf, A. Ali, Environ. Sci. Pollut. Res., 26 (4), 3262 (2019) (doi: 10.1007/s11356-018-3884-z).

O. Kaygili, N. Bulut, C. Tatar, T. Ates, T. İnce, Int. J. Innov. Eng. Appl., 1 (2), 38 (2017).

M.B. Askari, Z. Tavakoli Banizi, M. Seifi, S. Bagheri Dehaghi, P. Veisi, Optik (Stuttg), 149, 447 (2017) (doi: 10.1016/j.ijleo.2017.09.078).

I.B. Dorosheva, A.A. Valeeva, A.A. Rempel, AIP Conf. Proc., 1886, 020006 (2017) (doi: 10.1063/1.5002903).

A.H. Ramelan, S. Wahyuningsih, S. Saputro, E. Supriyanto, Q.A. Hanif, IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., 176 (1), 012013 (2017) (doi: 10.1088/1757-899X/176/1/012013).

R.S. Dubey, Mater. Lett., 215, 312 (2018) (doi: 10.1016/j.matlet.2017.12.120).

R. Sharma, A. Sarkar, R. Jha, A. Kumar Sharma, D. Sharma, Int. J. Appl. Ceram. Technol., 17 (3), 1400 (2020) (doi: 10.1111/ijac.13439).

T. Farooq, K. Surana, S. Mukherjee, Mater. Today Proc., 2 (2020) (doi: 10.1016/j.matpr.2020.02.044).

R. Balasubramanian, M. Fathima Rigana, S. Balaji, A. Selvamani, M. Sarojadevi, New J. Chem., 41 (7), 2815 (2017) (doi: 10.1039/c6nj03164a).

I. Mironyuk, T. Tatarchuk, H. Vasylyeva, V.M. Gun’ko, I. Mykytyn, J. Mol. Liq., 282, 587 (2019) (doi: 10.1016/J.MOLLIQ.2019.03.026).

I. Mironyuk, T. Tatarchuk, H. Vasylyeva, M. Naushad, I. Mykytyn, J. Environ. Chem. Eng., 7 (6), 103430 (2019) (doi: 10.1016/j.jece.2019.103430).

I. Mironyuk, T. Tatarchuk, M. Naushad, H. Vasylyeva, I. Mykytyn, J. Mol. Liq., 285, 742 (2019) (doi: 10.1016/j.molliq.2019.04.111).

M. Kobayashi, H. Kato, T. Miyazaki, M. Kakihana, Ceramics, 2 (1), 56 (2019) (doi: 10.3390/ceramics2010005).

S. Kundu, V. Polshettiwar, ChemPhotoChem., 2 (9), 796 (2018) (doi: 10.1002/cptc.201800101).

R. Govindaraj, N. Santhosh, M. Senthil Pandian, P. Ramasamy, J. Cryst. Growth, 468, 125 (2017) (doi: 10.1016/j.jcrysgro.2016.11.004).

G. Rajamanickam, S. Narendhiran, S.P. Muthu, S. Mukhopadhyay, R. Perumalsamy, Chem. Phys. Lett., 689, 19 (2017) (doi: 10.1016/j.cplett.2017.09.044).

B. Zeng, W. Zeng, J. Mater. Sci. Mater. Electron., 28 (18), 13821 (2017) (doi: 10.1007/s10854-017-7228-4).

Z. Zhu, S.J. Lin, C.H. Wu, R.J. Wu, Sensors Actuators, A Phys., 272 (2), 288 (2018) (doi: 10.1016/j.sna.2018.02.006).

W. Qi, J. Du, Y. Peng, W. Wu, Z. Zhang, X. Li, K. Li, K. Zhang, C. Gong, M. Luo, H.L. Peng, Mater. Chem. Phys., 207, 435 (2018) (doi: 10.1016/j.matchemphys.2017.12.083).

D. Dastan, N. Chaure, M. Kartha, J. Mater. Sci. Mater. Electron., 28 (11), 7784 (2017) (doi: 10.1007/s10854-017-6474-9).

S. Kurajica, I. Minga, I. Grčić, V. Mandić, M. Plodinec, Mater. Chem. Phys., 196, 194 (2017) (doi: 10.1016/j.matchemphys.2017.04.064).

W. Liu, Y. Xu, W. Zhou, X. Zhang, X. Cheng, H. Zhao, S. Gao, L. Huo, J. Mater. Sci. Technol., 33 (1), 39 (2017) (doi: 10.1016/j.jmst.2016.04.007).

A. Mezni, N. Ben Saber, M.M. Ibrahim, M. El-Kemary, A. Aldalbahi, P. Feng, L. Samia Smiri, T. Altalhi, New J. Chem., 41 (12), 5021 (2017) (doi: 10.1039/c7nj00747g).

F.K.M. Alosfur, A.A. Ouda, N.J. Ridha, S.H. Abud, Mater. Res. Express, 6 (6), 065028 (2019) (doi: 10.1088/2053-1591/ab0cca).

G. Cabello, R.A. Davoglio, E.C. Pereira, J. Electroanal. Chem., 794, 36 (2017) (doi: 10.1016/j.jelechem.2017.04.004).

J. Kang, L. Gao, M. Zhang, J. Pu, L. He, R. Ruan, M. Omran, J. Peng, G. Chen, Adv. Powder Technol., 31 (3), 1140 (2020) (doi: 10.1016/j.apt.2019.12.042).

M.A. Abdolahi Sadatlu, N. Mozaffari, Sol. Energy, 133, 24 (2016) (doi: 10.1016/j.solener.2016.03.056).

P. Selvaraj, A. Roy, H. Ullah, P. Sujatha Devi, A.A. Tahir, T.K. Mallick, S. Sundaram, Int. J. Energy Res., 43 (1), 523 (2019) (doi: 10.1002/er.4288).

S. Wongchareon, G. Panomsuwan, Mater. Lett., 228, 482 (2018) (doi: 10.1016/j.matlet.2018.06.089).

B. Liu, Z. Luo, A. Federico, W. Song, S.L. Suib, J. He, Chem. Mater., 27 (18), 6173 (2015) (doi: 10.1021/acs.chemmater.5b02248).

G. He, J. Zhang, Y. Hu, Z. Bai, C. Wei, Appl. Catal. B Environ., 250, 301 (2019) (doi: 10.1016/j.apcatb.2019.03.027).

K.Ö. Hamaloğlu, E. Sağ, A. Tuncel, J. Porous Mater., 26 (2), 419 (2019) (doi: 10.1007/s10934-018-0619-y).

Q. Zhang, C. Li, Catal. Today, (2019) (doi: 10.1016/j.cattod.2019.11.019).

Q. Zhang, C. Li, Nanomaterials, 10 (5), (2020) (doi: 10.3390/nano10050911).

A. Jedrzejczak, D. Batory, M. Prowizor, M. Dominik, M. Smietana, M. Cichomski, A. Kisielewska, W. Szymanski, W. Kozlowski, M. Dudek, Thin Solid Films, 693, 137697 (2020) (doi: 10.1016/j.tsf.2019.137697).

M.N. Subramaniam, P.S. Goh, W.J. Lau, A.F. Ismail, M. Gürsoy, M. Karaman, Appl. Surf. Sci., 484, 740 (2019) (doi: 10.1016/j.apsusc.2019.04.118).

H. Zhao, X. Liu, S.D. Tse, J. Nanoparticle Res., 10 (6), 907 (2008) (doi: 10.1007/s11051-007-9330-7).

A. Moiseev, F. Qi, J. Deubener, A. Weber, Chem. Eng. J., 170 (1), 308 (2011) (doi: 10.1016/j.cej.2011.03.057).

A. Moiseev, M. Krichevskaya, F. Qi, A.P. Weber, J. Deubener, Chem. Eng. J., 228, 614 (2013) (doi: 10.1016/j.cej.2013.05.038).

S. Jõks, D. Klauson, M. Krichevskaya, S. Preis, F. Qi, A. Weber, A. Moiseev, J. Deubener, Appl. Catal. B Environ., 111-112, 1 (2012) (doi: 10.1016/j.apcatb.2011.09.007).

A. Mbonyiryivuze, S. Zongo, A. Diallo, S. Bertrand, E. Minani, L.L. Yadav, B. Mwakikunga, S.M. Dhlamini, M. Maaza, Phys. Mater. Chem., 3 (1), 12 (2015) (doi: 10.12691/pmc-3-1-3).

N. Saikumari, T. Preethi, B. Abarna, G.R. Rajarajeswari, J. Mater. Sci. Mater. Electron., (2019) (doi: 10.1007/s10854-019-00994-x).

M. Sundrarajan, K. Bama, M. Bhavani, S. Jegatheeswaran, S. Ambika, A. Sangili, P. Nithya, R. Sumathi, J. Photochem. Photobiol. B Biol., 171, 117 (2017) (doi: 10.1016/j.jphotobiol.2017.05.003).

D. Hariharan, A. Jegatha Christy, J. Mayandi, L.C. Nehru, Mater. Lett., 222, 45 (2018) (doi: 10.1016/j.matlet.2018.03.109).

K. Thandapani, M. Kathiravan, E. Namasivayam, I.A. Padiksan, G. Natesan, M. Tiwari, B. Giovanni, V. Perumal, Environ. Sci. Pollut. Res., 25 (11), 10328 (2018) (doi: 10.1007/s11356-017-9177-0).

S. Balaji, R. Guda, B.K. Mandal, M. Kasula, E. Ubba, F.R.N. Khan, Res. Chem. Intermed., (2019) (doi: 10.1007/s11164-018-03720-0).

M.N. Morshed, X. Shen, H. Deb, S. Al Azad, X. Zhang, R. Li, J. Nat. Fibers, 17 (1), 41 (2020) (doi: 10.1080/15440478.2018.1465506).

T.W. Chen, S. Chinnapaiyan, S.M. Chen, A. Hossam Mahmoud, M.S. Elshikh, H. Ebaid, M. Taha Yassin, Ultrason. Sonochem., 62, 104872 (2020) (doi: 10.1016/j.ultsonch.2019.104872).

A. Muhulet, C. Tuncel, F. Miculescu, A.M. Pandele, C. Bobirica, C. Orbeci, L. Bobirica, A. Palla-Papavlu, S.I. Voicu, Appl. Phys. A Mater. Sci. Process., 126 (3), 1 (2020) (doi: 10.1007/s00339-020-3408-9).

V.S. Protsenko, A.A. Kityk, E.A. Vasil’eva, A. V. Tsurkan, F.I. Danilov, Electrodeposition of Composite Coatings as a Method for Immobilizing TiO2 Photocatalyst (In book: American Jewish Year Book, 2019) (doi: 10.1007/978-3-030-10609-6_10).

Y. Ghayeb, M.M. Momeni, E. Ghonjalipoor, Appl. Phys. A Mater. Sci. Process., 125 (5), (2019) (doi:10.1007/s00339-019-2521-0).

A.S. Martins, P.J.M. Cordeiro-Junior, G.G. Bessegato, J.F. Carneiro, M.V.B. Zanoni, M.R. de V. Lanza, Appl. Surf. Sci., 464, 664 (2019) (doi: 10.1016/j.apsusc.2018.09.054).

A.K. Ayal, Z. Zainal, H.N. Lim, Z.A. Talib, Y.C. Lim, S.K. Chang, A.M. Holi, Mater. Res. Bull., 106, 257 (2018) (doi: 10.1016/j.materresbull.2018.05.040).