Sinteza i karakterizacija nanočestica titan(IV) oksida dopiranih jonima Sm3+, Eu3+, Ni2+ i Cu2+

Abstract

Predmet istraživanja ove doktorske disertacije obuhvata sintezu nanočestica TiO2 različitih oblika i veličina dopiranih jonima retkih zemalja (Eu3+ i Sm3+) i prelaznih metala (Ni2+ i Cu2+) novom metodom, kao i njihovu strukturnu, optičku i magnetnu karakterizaciju. Nanočestice TiO2 dopirane jonima Sm3+, Eu3+, Ni2+ i Cu2+ su sintetisane hidrotermalnom metodom uz upotrebu disperzije nanotuba Ti(IV) oksida u prisustvu jona dopanta kao prekursora. Primenjujući hidrotermalnu transformaciju nanotuba u prisustvu jona dopanta za sintezu dopiranih nanočestica TiO2 izbegavaju se problemi vezani za proces kristalizacije i tzv. samočišćenja dopiranih nanočestica koji se, poznato je, javljaju upotrebom molekulskih prekursora u sintezi, čime se utiče na efikasnost čitavog procesa. Generalno, sinteza dopiranih nanočestica TiO2 koje predstavljaju predmet istraživanja ove doktorske disertacije se odvijala u dva koraka. Naime, prvi korak predstavljala je sinteza prekursorskih nanotuba Ti(IV) oksida hidrotermalnim tretmanom disperzije komercijalnog praha TiO2. Praćen je uticaj promene uslova u kojima se odvija hidrotermalni postupak, kao i postsintetskog tretmana, na oblik, veličinu i kristalnu strukturu rezultujućih nanotuba. Drugi korak u postupku sinteze predstavljala je hidrotermalna transformacija sintetisanih nanotuba u prisustvu jona dopanta, u krajnji produkt tj. dopirane nanočestice TiO2. Primena ove metode omogućava sintezu nanočestica različitih veličina i oblika jednostavnom optimizacijom početnih uslova sinteze (promenom početne koncentracije nanotuba Ti(IV) oksida, pH vrednosti sredine, vremena trajanja hidrotermalnog tretmana i temperature). Rad se tematski može podeliti u dve celine: 1. Sinteza i karakterizacija nanočestica TiO2 dopiranih jonima retkih zemalja (Eu3+ i Sm3+); Sinteza i karakterizacija nanočestica TiO2 dopiranih jonima prelaznih metala (Ni2+ i Cu2+)...

The subject of this PhD thesis is the synthesis of rare earth (Eu3+ and Sm3+) and transition metal (Ni2+ and Cu2+) ions doped TiO2 nanoparticles of different shapes and sizes by a novel method and their structural, optical and magnetic characterization. Sm3+, Eu3+, Ni2+ and Cu2+ doped TiO2 nanoparticles were synthesized by hydrothermal method using dispersions of titania nanotubes in the presence of dopant ions, as precursors. Using hydrothermal transformation of nanotubes in the presence of dopant ions, the problems related to the nucleation stage and consequently self-purification of doped nanocrystals, that occur when molecular precursors used, could be avoided. Synthesis of doped TiO2 nanoparticles that are subject of this PhD thesis included a two-step procedure. Namely, the first step is the synthesis of precursor titania nanotubes by hydrothermal treatment of dispersion of commercial TiO2 powder. The effects of changes of the hydrothermal synthesis conditions on the shape, size and crystal structure of resulting nanotubes were investigated. The second step in the synthetic procedure is hydrothermal transformation of as synthesized nanotubes in the presence of dopant ions into the final product, i.e. doped TiO2 nanoparticles. The use of such synthetic procedure enables the formation of doped nanoparticles of different sizes and shapes, simply by optimization of the initial synthetic conditions (changes in concentration of nanotubes in dispersion, or pH value of dispersion, or duration of hydrothermal treatment and temperature). Subject of this work can be divided into two main units: 1. Synthesis and characterization of rare earth ions (Eu3+ and Sm3+) doped TiO2 nanoparticles; 2. Synthesis and characterization of transition metal ions (Ni2+ and Cu2+) doped TiO2 nanoparticles...