Фотокатализаторы на основе нанолистов TiO2 с кислородными вакансиями для повышения активности в реакции выделения водорода: синтез и DFT-вычисления

Аннотация

В данной работе предложен эффективный метод синтеза нанолистов TiO₂ на поверхности титановой фольги посредством плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) с последующим гидротермальным ростом наноструктур. Проведенные DFT-расчеты направлены на оптимизацию электронных свойств материала для повышения его активности в фотокаталитической реакции выделения водорода при легировании Мо. Метод ПЭО обеспечивает формирование пористого затравочного слоя TiO₂ с высокой адгезией к подложке. На его основе в многостадийном процессе происходит in situ зародышеобразование нанолистовых структур титаната натрия и их дальнейшая трансформация в нанолисты TiO₂ с развитой удельной поверхностью. Кислородные вакансии, формирующиеся в фазе анатаза, играют ключевую роль в адсорбции кислородсодержащих ионов и активации фотокаталитических процессов. Кроме того, моделирование методом теории функционала плотности (DFT) подтвердило, что легирование и модификация поверхности Мо приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны (с 2,67 до 2,4 эВ), что способствует повышению фотокаталитической активности и стабильности системы. Предложенный подход представляет собой перспективную стратегию объемного синтеза монолитных наноструктурированных фотокатализаторов TiO₂ с прочной адгезией к титановой подложке.