X-ray Spectral Investigation of SiO2/TiO2/C Nanocomposites

Abstract

Електронна структура нанокомпозитів SiO2/TiO2/C досліджена методом ультрам’якої рентгенівської емісійної спектроскопії (УМРЕС). Енергетичний перерозподіл валентних електронів в гібридних SiO2/TiO2/C матеріалах було вивчено в залежності від складу. Були отримані УМРЕС SiLα-, CKα- та ОKα-спектри SiO2/TiO2 та SiO2/TiO2/С сполук. Було виявлено, що майже всі двофазні оксиди проникають у пори вуглецю після високочастотного вібраційного синтезу в композиті ST65+C (50 мас % C, 17.5 мас % SiO2, 32.5 мас % TiO2). Було показано, що проникнення TiO2 у високопористий вуглець більше, ніж SiO2. Було виявлено, що кисень, який відноситься до TiO2, не утворює зв’язків з атомами вуглецю. Було встановлено, що вклад s-станів в нанокомпозиті ST20+C (50 мас % C, 40 мас % SiO2, 10 мас % TiO2) зростає у порівнянні з ST20 (80 мас % SiO2, 20 мас % TiO2) завдяки додаванню Cs-станів вуглецю. Було показано, що SiC формується в нанокомпозиті ST65+C завдяки заміщенню атомів кисню атомами вуглецю у присутності TiO2, як каталізатора. Дослідження електронної структури нанокомпозитів SiO2/TiO2/C дозволяє вирішити важливу задачу передбачення їх фізичних та хімічних властивостей та синтезувати матеріали з необхідними властивостями.

The electronic structure of SiO2/TiO2/C nanocomposites was investigated using the ultrasoft X-ray emission spectroscopy (USXES) method. The energy redistribution of valence electrons affected by composition of SiO2/TiO2/C hybrid materials was studied. The USXES SiLα-, CKα- and ОKα-spectra for the SiO2/TiO2 and SiO2/TiO2/C compounds were derived. It was revealed that almost all two-phase oxides penetrate to carbon pores in the ST65+C (50 wt. % C, 17.5 wt. % SiO2, 32.5 wt. % TiO2) nanocomposite after high-frequency vibration synthesis. It was shown that penetration of TiO2 to highly porous carbon is higher than SiO2. It was found that oxygen related to TiO2 does not form bonds with carbon atoms. It was revealed that the contribution of s-states in ST20+C (50 wt. % C, 40 wt. % SiO2, 10 wt. % TiO2) nanocomposite increased as compared to ST20 (80 wt. % SiO2, 20 wt. % TiO2) owing to carbon Cs-states addition. It was shown that SiC is formed in ST65+C nanocomposite owing to substitution of oxygen atoms by carbon atoms in the presence of TiO2 as a catalyst. Investigation of the electronic structure of SiO2/TiO2/C nanocomposites allows solving an important task of predicting their physical and chemical properties and synthesising materials with necessary properties.