1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2025-30-3-274-286COVJMQ544.526.5-44:534.422Mатериалы электроникиHydrothermal synthesis of TiO2/SrTiO3 composite nanostructures for photocatalysis applicationГидротермальный синтез композитных наноструктур TiO2/SrTiO3 для применения в фотокатализеКружалина Маргарита ДмитриевнаКружалинаМаргарита ДмитриевнаKruzhalinaMargarita D.Margarita D. KruzhalinaТарасов Андрей МихайловичТарасовАндрей МихайловичTarasovAndrey M.Andrey M. TarasovДронова Дарья АлексеевнаДроноваДарья АлексеевнаDronovaDaria A.Daria A. DronovaВолкова Лидия СергеевнаВолковаЛидия СергеевнаVolkovaLidiya S.Lidiya S. VolkovaТрегубов Алексей ВикторовичТрегубовАлексей ВикторовичTregubovAlexey V.Alexey V. TregubovЖурина Екатерина СергеевнаЖуринаЕкатерина СергеевнаZhurinaEkaterina S.Ekaterina S. ZhurinaШабаева Елена НиколаевнаШабаеваЕлена НиколаевнаShabaevaElena N.Elena N. ShabaevaДубков Сергей ВладимировичДубковСергей ВладимировичDubkovSergey V.Sergey V. DubkovГромов Дмитрий ГеннадьевичГромовДмитрий ГеннадьевичGromovDmitry G.Dmitry G. GromovНациональный исследовательский университет «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1)Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук (Россия, 119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 32А)Ульяновский государственный университет (Россия, 432017, г. Ульяновск, ул. Льва Толстого, 42)Национальный исследовательский университет «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1); Первый Московский гос. мед. ун-т имени И. М. Сеченова Минздрава России (Россия, 119435, г. Москва, ул. Большая Пироговская , 2, стр. 4)30072025Том. 30 №33274286http://ivuz-e.ru/issues/Том 30 №3/gidrotermalnyy_sintez_kompozitnykh_nanostruktur_tio2_srtio3_dlya_primeneniya_v_fotokatalize/http://ivuz-e.ru/download/3-3_2025_3369.pdf

The increase in the photocatalytic activity of titanium dioxide TiO2 by creation of composites with perovskite-type semiconductors is an urgent problem in semiconductor photocatalysis technology. For the formation of such structures with titanium dioxide the strontium titanate SrTiO3 is used. In this work, a technique for producing TiO2/SrTiO3 composites formed by nanocubes of strontium titanate on the surface of filamentous TiO2, in order to improve its photocatalytic activity, is described. Nanocubic SrTiO3 was obtained from eight-way strontium hydroxide Sr(OH)2×8H2O and hydrogen titanate H2Ti3O7 during a two-stage hydrothermal reaction. A technique for forming a TiO2/SrTiO3 composite layer on a titanium foil substrate for studies of photocatalytic properties by gas chromatography is described. The results of a study of the morphology of TiO2/SrTiO3 nanostructures by scanning electron microscopy and the phase composition of samples by X-ray diffraction analysis depending on the synthesis temperature and post-treatment temperature are presented. The results of measuring the optical band gap of the TiO2/SrTiO3 composite obtained by diffuse reflection spectroscopy are given. Based on the values of the component yields, the results of a study of the catalytic activity of samples in the carbon dioxide CO2 reduction reaction are described. The results have shown that the total yield of reaction products increased by three times using the TiO2/SrTiO3 composite compared to commercial TiO2 P25.

Повышение фотокаталитической активности диоксида титана TiO2 путем формирования композитов с полупроводниками типа перовскита – актуальная проблема в технологии полупроводникового фотокатализа. Для образования подобных структур с TiO2 используется титанат стронция SrTiO3. В работе описана методика получения композитов TiO2/SrTiO3, образованных нанокубами SrTiO3 на поверхности нитевидного TiO2 в целях улучшения его фотокаталитической активности. Нанокубический SrTiO3 получен из восьмиводного гидроксида стронция Sr(OH)2×8H2O и титаната водорода H2Ti3O7 в ходе двухстадийной гидротермальной реакции. Описана методика формирования слоя компо-зита TiO2/SrTiO3 на подложку из титановой фольги для исследований фотокаталитических свойств методом газовой хроматографии. Представлены результаты исследования морфо-логии наноструктур TiO2/SrTiO3 методом растровой электронной микроскопии и фазового состава образцов методом рентгенофазового анализа в зависимости от температуры синтеза и температуры постобработки. Приведены результаты измерения оптической ширины запрещенной зоны композита TiO2/SrTiO3, полученные методом спектроскопии диффузного отражения. На основе значений выхода компонентов описаны результаты исследования фотокаталитической активности образцов в реакции восстановления диоксида углерода CO2. Результаты показывают, что общий выход продуктов реакции увеличился в три раза с использованием композита TiO2/SrTiO3 по сравнению с коммерческим диоксидом титана TiO2 P25.

диоксид титана TiO2титанат стронция SrTiO3диоксид углерода CO2гидротермальный синтезнанонитифотокаталитическая активностьtitanium dioxide TiO2strontium titanate SrTiO3carbon dioxide CO2hydrothermal synthesisnanoscale filamentscatalytic activityработа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-19-00654).the work has been supported by the Russian Science Foundation (project no. 22-19-00654). Fang S., Rahaman M., Bharti J., Reisner E., Robert M., Ozin G. A., Hu Y. H. Photocatalytic CO2 reduction. Nat. Rev. Methods Primers. 2023;3(1):61. https://doi.org/10.1038/s43586-023-00243-wSchreck M., Niederberger M. Photocatalytic gas phase reactions. Chem. Mater. 2019;31(3):597–618. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.8b04444Samokhvalov A. Hydrogen by photocatalysis with nitrogen codoped titanium dioxide. Renewable Sustainable Energy Rev. 2017;72:981–1000. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.024Ma Y., Wang X., Jia Y., Chen X., Han H., Li C. Titanium dioxide-based nanomaterials for photocatalytic fuel generations. Chem. Rev. 2014;114(19):9987–10043. https://doi.org/10.1021/cr500008uWu Y., Long M., Cai W., Dai S., Chen C., Wu D., Bai J. Preparation of photocatalytic anatase nanowire films by in situ oxidation of titanium plate. Nanotechnology. 2009;20(18):185703. https://doi.org/10.1088/0957-4484/20/18/185703Sukhanova A., Baranov A. V., Perova T. S., Cohen J. H. M., Nabiev I. Controlled self-assembly of nanocrystals into polycrystalline fluorescent dendrites with energy-transfer properties. Angew. Chem. Int. Ed. 2006;45(13):2048–2052. https://doi.org/10.1002/anie.200503016Chuangchote S., Jitputti J., Sagawa T., Yoshikawa S. Photocatalytic activity for hydrogen evolution of electrospun TiO2nanofibers. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2009;1(5):1140–1143. https://doi.org/10.1021/am9001474Aravind M., Amalanathan M., Aslam S., Noor A. E., Jini D., Majeed S. et al. Hydrothermally synthesized Ag-TiO2 nanofibers (NFs) for photocatalytic dye degradation and antibacterial activity. Chemosphere. 2023;321:138077. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.138077Bi Y., Zong L., Li C., Li Q., Yang J. Photoreduction of CO2on TiO2/SrTiO3 heterojunction network film. Nanoscale Res. Lett. 2015;10:345. https://doi.org/10.1186/s11671-015-1054-5Shi R., Waterhouse G. I. N., Zhang T. Recent progress in photocatalytic CO2 reduction over perovskite oxides. Solar RRL. 2017;1(11):1700126. https://doi.org/10.1002/solr.201700126Shi J., Guo L. ABO3-based photocatalysts for water splitting. Prog. Nat. Sci.: Mater. Int. 2012;22(6):592–615. https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2012.12.002Toshima T., Ishikawa H., Tanda S., Akiyama T. Multipod crystals of perovskite SrTiO3. Cryst. Growth Des. 2008;8(7):2066–2069. https://doi.org/10.1021/cg800098rHutton J., Nelmes R. J. High-resolution studies of cubic perovskites by elastic neutron diffraction. II. SrTiO3, KMnF3, RbCaF3and CsPbCl3. J. Phys. C: Solid State Phys. 1981;14(12):1713–1736. https://doi.org/10.1088/0022-3719/14/12/006Xu Y., Liang Y., He Q., Xu R., Chen D., Xu X., Hu H. Review of doping SrTiO3 for photocatalytic applications. Bull. Mater. Sci. 2023;46(1):6. https://doi.org/10.1007/s12034-022-02826-xSun Q., Hong Y., Zang T., Liu Q., Yu L., Dong L. The application of heterostructured SrTiO3-TiO2 nanotube arrays in dye-sensitized solar cells. J. Electrochem. Soc. 2018;165(4):H3069. https://doi.org/10.1149/2.0101804jesLin J., Cheng J., Li P., Chen W., Huang H. Study on SrTiO3 film for the application of power devices. Superlattices Microstruct. 2019;130:168–174. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2019.04.033He Z., Cao M., Tao Y., Suo Y., Hao H., Yao Z. et al. Anomalous dielectric nonlinearity in niobium and aluminum co-doped SrTiO3ceramics with giant permittivity and low dielectric loss. J. Phys. Chem. C. 2019;123(30):18142–18149. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b02284Liang Y., Ma L., Cui Zh., Li Zh., Zhu Sh., Yang X. Facile in situ hydrothermal method for synthesis of SrTiO3/TiO2 nanostructures with improved photoelectrochemical activities. J. Electrochem. Soc. 2013;160(10):H704. https://doi.org/10.1149/2.045310jesKolen’ko Yu. V., Kovnir K. A., Gavrilov A. I., Garshev A. V., Frantti J., Lebedev O. I. et al. Hydrothermal synthesis and characterization of nanorods of various titanates and titanium dioxide. J. Phys. Chem. B. 2006;110(9):4030–4038. https://doi.org/10.1021/jp055687uТарасов А. М., Дубков С. В., Ву Ван Зунг, Киселев Д. А., Сиротина А. П., Волкова Л. С. и др. Исследование структурных и электрофизических свойств нанонитей титаната бария, полученных методом гидротермального синтеза. Изв. вузов. Электроника. 2023;28(2):151–163. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2023-28-2-151-163. EDN: TDQBOG.Tarasov A. M., Dubkov S. V., Vu Van Zung, Kiselev D. A., Sirotina A. P., Volkova L. S. Investigation of the structural and electrophysical properties of barium titanate nanowires produced by hydrothermal synthesis. Izv. vuzov. Elektronika = Proc. Univ. Electronics. 2023;28(2):151–163. (In Russ.). https://doi.org/10.24151/1561-5405-2023-28-2-151-163Yang Y., Liao S., Shi W., Wu Y., Zhang R., Leng S. Nitrogen-doped TiO2(B) nanorods as high-performance anode materials for rechargeable sodium-ion batteries. RSC Adv. 2017;7:10885–10890. https://doi.org/10.1039/C7RA00469AWang C., Qiu H., Inoue T., Yao Q. Band gap engineering of SrTiO3for water splitting under visible light irradiation. Int. J. Hydrogen Energy. 2014;39(24):12507–12514. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.06.059Krasil’nikov V. N., Zhukov V. P., Perelyaeva L. A., Baklanova I. V., Shein I. R. Electronic band structure, optical absorption, and photocatalytic activity of iron-doped anatase. Phys. Solid State. 2013;55(9):1903–1912. https://doi.org/10.1134/S1063783413090199Makal P., Das D. Superior photocatalytic dye degradation under visible light by reduced graphene oxide laminated TiO2-B nanowire composite. J. Environ. Chem. Eng. 2019;7(5):103358. https://doi.org/10.1016/j.jece.2019.103358Tan S. S., Zou L., Hu E. Kinetic modelling for photosynthesis of hydrogen and methane through catalytic reduction of carbon dioxide with water vapour. Catal. Today. 2008;131(1–4):125–129. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2007.10.011Wang L., Wang Zh., Wang D., Shi X., Song H., Gao X. The photocatalysis and mechanism of new SrTiO3/TiO2. Solid State Sci. 2014;31:85–90. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2014.03.005