Фотокаталитические материалы на основе силикатов висмута для фотодеградации красителей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Белик Юлия Алексеевна

• Белик Юлия Алексеевна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Белик Юлия Алексеевна

Введение

1 Литературный обзор

1.1 Фотокатализ

1.1.1 Механизм фотокатализа

1.1.2 Области применения фотокатализа

1.1.3 Способы повышения фотокаталитической активности

1.1.4 Разновидности конструируемых композитных материалов

1.2 Силикаты висмута

1.2.1 Фазовая диаграмма системы Bi2O3-SiO2

1.2.2 Строение силикатов висмута

1.2.3 Модификации оксида висмута

1.2.4 Функциональные свойства силикатов висмута

1.2.5 Методы приготовления силикатов висмута

1.2.5.1 Гидротермальный метод

1.2.5.2 Метод твердофазных реакций

1.2.5.3 Золь-гель метод

1.2.5.4 Метод Чохральского

1.2.5.5 Метод Бриджмена

1.2.5.6 Метод химического разложения растворов (chemical solution decomposition - CSD)

1.2.5.7 Метод электропрядения

1.2.5.8 Метод механохимической активации

1.3 Выводы по главе

2 Экспериментальная часть

2.1 Приготовление катализаторов

2.1.1 Приготовление материалов BSM методом механохимической активации

2.1.2 Приготовление материалов BSO методом сольво- и гидротермальной обработки

(СТО/ГТО)

2.1.3 Приготовление материалов BS золь-гель методом

2.2 Методы исследования приготовленных образцов

2.3 Фотокаталитическое тестирование

2.3.1 Фотокаталитическое окисление растворов родамина Б или фенола

2.3.2 Фотокаталитическое окисление 5-гидроксиметилфурфурола

2.4 Методы квантово-химического расчета

3 Результаты и обсуждение

3.1 Материалы BSM, приготовленные методом механохимической активации

3.1.1 Влияние природы Вьсодержащего прекурсора на формирование силикатов висмута

3.1.1.1 Характеристика активированных смесей коммерческого оксида висмута(Ш) и SiO2•nH2O с различным атомным соотношением Bi/Si

3.1.1.2 Характеристика активированных смесей а-Ш203 и SiO2•nH2O с различным атомным соотношением Bi/Si

3.1.1.3 Исследование влияния природы Вьсодержащего прекурсора для приготовления силикатов висмута методом МА

3.1.2 Влияние термической обработки на формирование силикатов висмута

3.1.3 Основные маршруты твердофазных превращений в процессе механохимической активации и последующей термической обработки

3.1.4 Заключение к разделу

3.2 Материалы BSO, приготовленные методом сольво- и гидротермальной обработки (СТО/ГТО)

3.2.1 Фазовый состав и текстурные характеристики BSO образцов после СТО/ГТО

3.2.2 Термический анализ образцов BSO после стадии СТО/ГТО

3.2.3 Характеристика приготовленных фотокатализаторов

3.2.4 Детализация механизма формирования образцов BSO на всех стадиях приготовления методом СТО/ГТО

3.2.5 Фотокаталитические свойства приготовленных образцов

3.2.6 Корреляция между полупроводниковыми свойствами, определенными

электрохимическими методами, и фотокаталитической активностью материалов BSO

3.2.7 Заключение к разделу

3.3 Материалы BS, приготовленные золь-гель методом

3.3.1 Влияние атомного соотношения Bi/Si и режима термической обработки на фазовый состав и текстурные характеристики материалов BS

3.3.2 Детализация механизма формирования фазы метасиликата висмута методом РФА in situ

3.3.3 Оптические свойства BS материалов

3.3.4 Квантово-химическое моделирование композита Bi2SiO5/p-Bi2O3

3.3.5 Фотокаталитическая активность материалов BS

3.3.6 Электрохимические измерения фотокатализаторов серии BS

3.3.7 Сравнение фотокаталитических свойств и электро-химических характеристик катализаторов серии BS и BSO

3.3.8 Заключение к разделу

Заключение

Список сокращений

Список использованной литературы

Приложение А Обработка спектров поглощения родамина Б

Приложение Б Фазовый состав образцов BSM

Приложение В Спектры поглощения раствора родамина Б

Приложение Г Вольтамперометрические кривые

Приложение Д Фазовый состав образцов серии BS

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Фотокаталитические материалы на основе силикатов висмута для фотодеградации красителей»

Введение

Актуальность работы. В настоящее время актуальным направлением в области защиты окружающей среды является разработка новых фотокаталитических материалов для очистки водных ресурсов. Способность фотокатализаторов к селективному окислению органических соединений может применяться не только для решения экологических задач, но и синтеза ценных продуктов. Фундаментальные исследования, направленные на установление механизмов формирования новых материалов, используемых в качестве катализаторов для таких процессов, а также исследования механизмов реализации фотокаталитических превращений органических соединений необходимы для развития новых подходов и повышения эффективности существующих решений.

На сегодняшний день основными проблемами в области фотокатализа являются рекомбинация носителей заряда, а также малое поглощение видимого света, что приводит к снижению эффективности действия фотокатализатора при естественном освещении. Значительного повышения фотокаталитической активности удается достигнуть путем конструирования композитных материалов в зависимости от типа проводимости и зонных структур полупроводников [ 1]. Такой подход позволяет пространственно разделить носители заряда, а комбинирование полупроводников с разной шириной запрещенной зоны обеспечивает поглощение света в видимой области. Так, строение электронной структуры Вьсодержащих материалов: валентная зона, состоящая из гибридных орбиталей Bi 6s и О 2р, приводит к сужению запрещенной зоны (менее 3,0 эВ) и появлению фотокаталитической активности при облучении видимым светом. Благодаря данной особенности Вьсодержащие материалы привлекают внимание исследователей в течение последнего десятилетия [2,3].

Среди висмут-содержащих материалов, обладающих фотокаталитическими свойствами, перспективными являются силикаты висмута, представляющие собой семейство из трех веществ: Bi2SiO5, Bi4SiзOl2 и Bil2SiO20, активность которых была продемонстрирована при фотодеградации растворов фенола и родамина Б и др. [ 4 ,5 ]. Несмотря на многообразие используемых подходов к приготовлению данных материалов, основанных как на твердофазных превращениях, так и процессах, протекающих в растворах, на данный момент нет системных сведений по формированию силикатов висмута в области умеренных температур (ниже 600 °С).

Работа выполнена в рамках проекта РНФ «Новые катализаторы и каталитические процессы для решения задач экологически чистой и ресурсосберегающей энергетики, в том числе процессы переработки биовозобновляемого сырья и процессы обезвреживания выбросов химических производств и энергетики» (соглашение № 19-73-30026 от 29.04.2019).

Степень разработанности темы. Интерес к силикатам висмута изначально основывался

на их применении в области оптики, керамики [ 6 ]. При этом главным образом применялись традиционные подходы, основанные на твердофазных превращениях исходных оксидов, которые осуществлялись при высокой температуре и большой длительности синтеза [ 7 ]. После установления фотокаталитических свойств силикатов висмута спектр применяемых методов приготовления подобных материалов существенно расширился, а также появились исследования о влиянии условий приготовления на фотокаталитические свойства. Тем не менее, в публикациях по применению силикатов висмута в области фотокатализа в основном используется феноменологический подход, что затрудняет приготовление материалов с заданными характеристиками. На данный момент отсутствуют исследования, обобщающие влияние способов приготовления силикатов висмута, направленные установление взаимосвязи между условиями приготовления, таких как природа прекурсоров, растворителя и других, и процессами фазообразования в системе силикат/оксид висмута, детализацию механизмов формирования материалов, включая квантово-химическое моделирование структуры композитов на основе силикатов/оксидов висмута, и их фотокаталитические свойства в реакциях фоторазложения и селективного превращения различных соединений.

Целью исследования является установление связи между условиями приготовления (природа прекурсоров, соотношение В^^ температура и др.) композитных материалов на основе силикатов/оксидов висмута, их физико-химическими характеристиками и каталитической активностью в реакциях фотокаталитического превращения органических соединений.

Для реализации поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Определить влияние природы Вьсодержащего прекурсора и мольного соотношения Bi/Si компонентов на процесс формирования силикатных/оксидных фаз в образцах, приготовленных методом механохимической активации.

2. Установить влияние метода сольво- или гидротермальной обработки смеси предшественников (при варьировании природы Si-содержащего прекурсора) на морфологию, фазовый состав и электронную структуру фотокатализаторов на основе метасиликата висмута (образцы BSO).

3. Детализировать механизм фазообразования силикатов/оксидов висмута в условиях сольво/гидротермальной обработки.

4. Установить влияние условий термообработки В^ Si-содержащего геля, синтезируемого золь-гель методом при взаимодействии этиленгликолята висмута и ТЭОС, на изменение размеров фотоактивных частиц фаз; проанализировать изменение оптических свойств систем «Bi2SЮ5/P-Bi2Oз» на основе результатов квантово-химического моделирования.

5. Выявить основные факторы, определяющие оптические и каталитические свойства приготовленных BSO и BS фотокатализаторов в процессе селективного фотокаталитического

превращения красителя Родамина Б, детализировать механизм протекающих превращений с применением различных молекул - «ловушек радикалов».

6. Определить фотокаталитическую активность синтезированных материалов в реакции селективного фотоокисления 5-гидроксиметилфурфурола.

Научная новизна. Впервые на основании результатов исследований по влиянию природы прекурсора Bi-содержащего компонента в механохимическом синтезе предложена схема основных фазовых превращений в системе Bi2O3-SiO2 в области умеренных температур, установлена роль a-Bi2O3 в формировании фазы силленита Bii2SiO20 и метасиликата висмута Bi2SiO5.

Впервые на основании результатов по влиянию температуры и времени термообработки на фазовый состав и структуру материалов, приготовленных золь-гель методом, выявлен способ управления размером частиц фотоактивных фаз - Bi2SiO5 и P-Bi2O3, а также их распределением в композите.

Впервые детализирована схема взаимодействия предшественников Bi- и Si-содержащих компонентов и их последующего превращения на всех стадиях сольвотермального метода и термообработки при получении BSO материалов на основе метасиликата висмута.

Впервые с помощью методов РФА in situ и ИК-спектроскопии показано формирование фазы метасиликата висмута при термообработке в диапазоне от 300 °С до 500 °С посредством твердофазного взаимодействия частиц P-Bi2O3 и дисперсных частиц Si02-nH20.

Впервые на основании экспериментальных исследований по варьированию условий приготовления и результатов квантово-химических расчетов установлена роль межфазных границ Bi2SiO5/p-Bi2O3 в формировании композитов BSO с повышенным поглощением света в видимой области спектра.

Впервые показана фотокаталитическая активность фаз Bi2SiO5/p-Bi2O3 в составе композита BS, приготовленного золь-гель методом, в реакции селективного фотопревращения родамина Б в родамин 110 при облучении светом с длиной волны 470 нм.

Впервые показана фотокаталитическая активность материалов на основе силикатов/оксидов висмута в реакции селективного фотоокисления 5-гидроксиметилфурфурола.

Теоретическая значимость работы. Получены новые результаты о взаимосвязи условий приготовления и физико-химическими и фотокаталитическими свойствами композитных материалов на основе силикатов висмута. Не менее важными для исследований в области фотокаталитического селективного окисления являются результаты по положению запрещенных зон силикатов висмута, а также измеренный потенциал контакта материалов с электролитом. Полученные результаты дополняют существующие представления о фотокаталитических системах и позволяют исследователям провести прогнозирование эффективности использования

силикатов висмута для поставленных задач.

Практическая значимость работы. Разработан способ получения монофазных материалов - Bi2SiO5 и Bil2SiO20 - с применением механохимической активации при пониженных температурах. Установлен механизм фазообразования метасиликата висмута Bi2SiO5 в диапазоне температур от 300 °С до 500 °С, что позволяет управлять процессом формирования данной фазы и, как следствие, ее количеством в составе композитного материала. Результаты работы могут использоваться для приготовления материалов на основе силикатов/оксидов висмута с заданными характеристиками. Также полученные результаты демонстрируют возможность применения композитов на основе силикатов висмута в реакциях фотокаталитического превращения и селективного окисления органических соединений.

Личный вклад автора состоит в постановке задач, решаемых в рамках диссертационной работы, выявлении актуальных направлений исследований в результате анализа отечественной и зарубежной литературы по теме исследования. Диссертантом предложены подходы к получению фотокатализаторов с контролируемым содержанием отдельных компонентов, проведен синтез фотокаталитических систем. Диссертант принимал участие в получении, обработке и интерпретации данных физико-химических методов и фотокаталитических исследований, написании тезисов и статей. Все экспериментальные результаты, приведенные в работе, кроме некоторых физико-химических методов исследования, получены самим автором.

Методология и методы диссертационного исследования. Для исследования влияния методов приготовления на процессы фазообразования было синтезировано 3 серии образцов на основе силикатов/оксидов висмута, включающие:

1) Материалы серии BSM с атомным отношением Bi/Si равным 4/3, 2/1, 12/1, приготовленных методом механохимической активации (МА). Метод МА ранее не применялся для синтеза силикатов висмута, несмотря на преимущества данного метода: возможность проводить синтез в отсутствии растворителей и снизить температуры формирования фаз силикатов висмута. В данной серии было проанализировано влияние природы Вьсодержащего прекурсора (а-Ш20з, Bi2O2COз, В^ОН)з) на основные стадии формирования силикатов висмута соответствующего состава, прекурсор кремния при этом оставался неизменным ^Ю2пШО). Процесс МА проводился в шаровой планетарной мельнице, с последующим отжигом смеси при 400 °С, 500 °С, 600 °С.

2) Фотокатализаторы серии BSO с атомным соотношением Bi/Si = 2/1 (стехиометрическое соотношение для фазы Bi2SiO5), приготовленные методом сольво- или гидротермальной обработки (СТО/ГТО) с последующей термообработкой (600 °С, 2 ч). При приготовлении варьировались: используемый растворитель (этиленгликоль или водный раствор НЫОз), Si-содержащий прекурсор (тетраэтоксисилан или силикат натрия), наличие или отсутствие

процедуры осаждения. Исследования состава и структуры полученных систем были проведены на каждом этапе синтеза, что позволило детализировать механизм формирования материалов.

3) Фотокатализаторы серии BS состава BÍ2SÍO5 синтезированы золь-гель методом с варьированием атомного отношения Bi/Si и условий термической обработки. Метод синтеза основан на формировании геля между этиленгликолятом висмута и тетраэтоксисиланом. Полученный гель подвергался термической обработке от 300 °С до 600 °С и времени обработки от 2 до 4 ч.

Каталитическая активность всех приготовленных образцов исследована в процессе фоторазложения красителя Родамина Б, окислении фенола, а также фотоокислении 5-гидроксометилфурфураля под действием полного излучения ксеноновой лампы или селективных диодов с длинами волн 375, 410 и 470 нм. Сравнительный анализ полученных результатов исследований структуры, фазового и химического состава, оптических свойств материалов и их каталитической активности в фотоокислении позволил детализировать механизм формирования частиц каталитически активных фаз, разработать способ приготовления активных фотокатализаторов для селективного окисления органических соединений.

Степень достоверности. Достоверность полученных результатов подтверждается высоким уровнем воспроизводимости результатов и выявленных закономерностей для разных серий исследуемых катализаторов, проведением исследований с использованием взаимодополняющих физико-химических методов исследования и применением современного оборудования, а также согласованностью результатов, полученных соискателем, с результатами других исследователей.

Апробация работы. Результаты, изложенные в работе, докладывались и обсуждались на 8-ом Тихоокеанском конгрессе по катализу APCAT-8 (Бангкок, Таиланд 2019), 14-ом Европейском конгрессе по катализу EuropaCat (Аахен, Германия 2019), международной конференции о катализе окружающей среды 2020 ICEC (Манчестер, Великобритания 2020 (онлайн)), на 6-ой международной научной школе-конференции для молодых ученых «Катализ: от науки к промышленности» (Томск, Россия, 2020 онлайн), 6-ой международной научной школе-конференции для молодых ученых CatDesign: From Molecular to Industry level (Новосибирск, Россия 2021), IV российском конгрессе по катализу «РОСКАТАЛИЗ» (Казань, Россия 2021), 9-ой токийской конференции по современной каталитической науке и технологии TOCAT9 (Фукуока, Япония 2022 онлайн), 7-ой международной научной школе-конференции для молодых ученых «Катализ: от науки к промышленности» (Томск, Россия, 2022).

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка сокращений, списка использованной литературы из 184 наименований и 5 приложений. Диссертация изложена на 150 страницах, содержит 16 таблиц и 109 рисунков.

1 Литературный обзор

Ввиду постоянного роста численности населения и развития промышленности во всем мире на сегодняшний день остро стоят проблемы загрязнения окружающей среды, в частности водных ресурсов. Компании шести основных отраслей, в том числе пищевая, текстильная, энергетическая, химическая, фармацевтическая и горнодобывающая отрасли промышленности, оказывают влияние на использование и загрязнение более чем 70 % мировых запасов пресной воды [ 8 ]. Исследование [ 9 ] предполагает, что к 2050 году спрос на воду со стороны промышленности и энергетики увеличится на 24 %.

В 2021 году наиболее низким качеством воды в России оценивались водные объекты Новосибирской и Томской областей, где число створов, оцениваемых «грязной» водой (4 класс из 5), составило, соответственно, 75,0 % и 70,0 %. Характерными загрязняющими веществами воды этих участков являлись фенолы, нефтепродукты и соединения меди, реже соединения железа [10].

Существует множество различных технологий, применяемых для обеззараживания сточных вод, в первую очередь электродиализ [11], мембранная фильтрация [12], осаждение [13], адсорбция [ 14 ], электрохимическое восстановление [ 15 ] и электродеионизация [ 16 ]. Эти процессы обычно потребляют большое количество энергии и могут быть усложнены как переносом загрязняющих веществ между различными жидкостями, так и различными отходами и побочными продуктами, образующимися при очистке сточных вод.

Таким образом, на сегодняшний день актуальным является разработка материалов и технологий для применения в развитии новых природоохранных технологий и рационального природопользования. Одним из наиболее перспективных направлений для развития эффективных природоохранных технологий является фотокатализ.

1.1 Фотокатализ 1.1.1 Механизм фотокатализа

Фотокатализ - это изменение скорости химической реакции или ее инициация под действием ультрафиолетового, видимого или инфракрасного излучения при наличии вещества, фотокатализатора, который поглощает свет и участвует в химических превращениях участников реакции (согласно определению ШРАС [17]).

Фотокатализатор - это катализатор, способный при поглощении света осуществлять химические превращения участников реакции. Возбужденное состояние фотокатализатора

многократно взаимодействует с участниками реакции с образованием промежуточных продуктов реакции и регенерируется после каждого цикла таких взаимодействий [17].

Фотокатализаторами могут выступать полупроводники, которые имеют зону проводимости и валентную зону, между которыми есть запрещенная часть, из-за которой электроны не могут свободно перемещаться из одной зоны в другую. В процессе электромагнитного возбуждения твердого тела электрон е — приобретая от фотона энергию Иу, достаточную для преодоления барьера запрещенной зоны, переходит из валентной зоны (ВЗ) в зону проводимости (ЗП). При этом в валентной зоне сохраняется электронная вакансия И+ или «дырка». Схематично процесс фотокатализа представлен на рисунке 1.1.

semiconductor oxidation catalyst (e.g. Ti02, GaN) (e.g. Ti02, Ru02)

Рисунок 1.1 - Схематичная иллюстрация фотокатализатора на основе полупроводника, который может применяться для разложения воды с образованием водорода и кислорода [18]

Генерация свободных носителей заряда (СНЗ) происходит в объеме полупроводника, и для взаимодействия СНЗ с молекулами воды/органического вещества, электрону и дырке необходимо, продвигаясь по кристаллической решетке, достигнуть поверхности фотокатализатора. Однако при этом возможно протекание процесса рекомбинации при взаимодействии СНЗ друг с другом, как в объеме, так и на поверхности полупроводника. Процессы рекомбинации значительно снижают эффективность фотокатализатора, и в настоящее время существуют различные методы модифицирования фотокаталитических систем, способствующие улучшению их каталитической активности (подразделы 1.1.3, 1.1.4).

В общем, скорость фотопревращения органического соединения посредством фотокатализа зависит, главным образом, от следующих параметров: структуры, формы, размера и площади поверхности катализатора, температуры реакции, pH среды, наличия/отсутствия кислорода, интенсивности падающего света, количества используемого катализатора и концентрации загрязнителя [19].

Учитывая общие принципы фотокатализа и влияющие на него факторы, можно выделить следующие ограничения фотокаталитической активности:

reduction catalyst .^Je.g. Pt, Rh)

- низкая скорость перемещения электрон-дырочной пары из объема фотокатализатора на поверхность;

- высокая скорость рекомбинации свободных носителей зарядов.

Несмотря на имеющиеся на данный момент ограничения, фотокатализ является перспективным направлением развития фундаментальных и прикладных научных исследований, что подтверждается экспоненциальным ростом числа публикаций в базе данных Scopus (рисунок

Год

Рисунок 1.2 - Статистика публикаций в базе данных Scopus по ключевым словам «photocatalyst

OR photocatalysis OR photocatalytic» (от 03.09.2023)

Фотокатализ обладает различными сферами применения, которые можно разделить на 5 направлений (рисунок 1.3). Одной из важных традиционных областей применения фотокатализа является фоторазложение/фотоокисление вредных органических соединений, включая красители, гербициды, антибиотики, продукты неполного окисления, растворители и т. п.

1.1.2 Области применения фотокатализа

1.2).

1970 1980 1990 2000 2010 2020

Рисунок 1.3 - Области применения фотокатализа [20]

Так, производство капролактама, например, осуществляемое группой компаний «Азот» в Кузбассе, соседним регионом с Томской областью, может быть сопряжено с загрязнением сточных вод фенолом. Согласно информационно-техническому справочнику по наилучшим доступным технологиям (ИТС 8-2015): «Большинство предприятий осуществляют очистку фенолсодержащих сточных вод сначала механическими методами для удаления грубодисперсных взвешенных загрязнений, затем физико-химическими и химическими методами для разрушения комплексов и удаления мелкодисперсных фенолсодержащих загрязнений.».

Комбинирование обработки сточных вод, включающие фотокаталитические технологии, позволит добиться больших результатов, поскольку фотокатализ, соответствующий принципам "зеленой" химии, позволяет в мягких условиях проводить селективное окисление органических загрязнителей до безвредных веществ [21].

Также одним из органических загрязнителей вод являются красители, применяющиеся в текстильном производстве. В РФ согласно информационно-техническому справочнику по наилучшим доступным технологиям (ИТС 39-2017) «При крашении и печатании х/б тканей основную часть загрязнений сточных вод формируют незафиксировавшиеся красители, доля которых составляет от 10 % до 40 %». Растворы красителей, в частности родамина Б, структурная формула которого представлена на рисунке 1.4, зачастую используются в фотокаталитических экспериментах для оценивания активности фотокатализатора [22, 23, 24, 25].

Благодаря строению молекулы данного красителя можно выявить особенности механизма фотокаталитического воздействия фотокатализатора. Так, фотокатализатор может способствовать процессу минерализации, в котором молекула родамина Б превращается в углекислый газ и воду. Кроме того, возможно протекание селективного фотоокисления красителя: посредством ее деэтилирования. Механизм деэтилирования обычно устанавливают по смещению максимума поглощения родамина Б в область малых длин волн. Продуктом селективного окисления родамина Б является родамин 110 [26], формула которого представлена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.4 - Структурная формула родамина Б

Рисунок 1.5 - Структурная формула родамина 110

В последнее время все больше внимания исследователей привлекают процессы фотосинтеза, т. е. реализация селективного фотопревращения органических соединений в ценные продукты. К таким процессам можно отнести селективное фотоокисление 5-гидроксиметилфурфурола (5-ГМФ), который является одним из ключевых реагентов, получаемым в процессе переработки биомассы. 5-ГМФ является «соединением-платформой» для получения разнообразных практически важных продуктов, включая фармацевтические препараты, растворители, полимеры и топлива [27]. Важнейшими продуктами окисления 5-ГМФ являются 2,5-фурнадикарбоновая кислота (ФДКК), 2,5-диформилфуран (ДФФ). Также продуктами окисления 5-ГМФ являются 5-гидроксиметил-2-фуранкарбоновая кислота (ГМФК), 5-формил, 2-фуранкарбоновая кислота (ФФКК). На рисунке 1.6 представлена схема селективного окисления 5-ГМФ.

ГМФКК

Рисунок 1.6 - Схема селективного окисления 5-ГМФ

Так, в работе [28] с помощью электрохимически синтезированных частиц ТЮ2 было проведено селективное фотокаталитическое окисление 0,4 мМ раствора 5-ГМФ. Под облучением 365 нм в присутствии катализатора и 50 мМ метанола авторы достигли селективности 29,5 % по ДФФ при 15 %-ой конверсии 5-ГМФ.

1.1.3 Способы повышения фотокаталитической активности

Как было рассмотрено ранее, каталитическая активность однокомпонентных фотокатализаторов неудовлетворительна. Среди многообразия существующих методик, применяемых для повышения фотокаталитических свойств материалов, можно выделить четыре главных направления [ 29 ], обеспечивающих реальное повышение фотокаталитической активности (рисунок 1.7):

- регулирование состава;

- модифицирование поверхности;

- контроль морфологии;

- конструирование гетеропереходов.

Рисунок 1.7 - Стратегии по увеличению эффективности фотокатализаторов [29]

Анализ предложенных стратегий показал, что моделирование гетеропереходов в фотокатализаторах является одним из наиболее перспективных способов получения современных фотокатализаторов из-за его достаточно простой осуществимости и эффективности для пространственного разделения электронно-дырочных пар. Рассмотрим более подробно природу гетеропереходов и их разновидности.

1.1.4 Разновидности конструируемых композитных материалов

В общем, гетеропереход определяется как поверхность раздела между двумя разными полупроводниками с разной зонной структурой, что может привести к выравниванию зон. В обзоре гетеропереходных материалов [1] автор предлагает использование терминов

«многокомпонентный» и «многофазный» для различия следующих сложных составов:

- композитный фотокатализатор, состоящий из двух разных соединений, называют «многокомпонентным» материалом гетероперехода.

- композит, состоящий из разных фаз одного материала (например, анатаза и рутила ТЮ2), обозначают «многофазным» гетеропереходным материалом, поскольку разные кристаллические фазы обычно также имеют разные запрещенные зоны.

Как подчеркивают авторы обзора, иногда в литературе последний случай также называют гомопереходом, который, однако, указывает на равные по величине запрещенные зоны.

Традиционно [30, 31] в зависимости от положения зон двух полупроводников в композите выделяют 3 типа гетеропереходов, которые схематично представлены на рисунке 1.8:

- тип I (straddling gap);

- тип II (staggered gap);

- тип III (broken gap).

Обозначения: VB (valence band) - валентная зона, CB (conduction band) - зона проводимости Рисунок 1.8 - Различные типы гетеропереходов композита из соединений А и B [1]

В гетеропереходе типа I валентная зона полупроводника В находится ниже, чем у полупроводника А, а зона проводимости полупроводника В расположена выше, чем ЗП полупроводника А. Поскольку электроны и дырки получают энергию, перемещаясь вниз и вверх соответственно, фотовозбужденные электроны могут передвигаться от ЗП (В) до ЗП (А), в то время как вакансии могут быть перенесены из ВЗ (В) в ВЗ (А), когда контакт между обоими материалами присутствует. Таким образом, все носители заряда накапливаются на полупроводнике А, что не приводит к улучшению разделения носителей заряда и, следовательно, к улучшению фотокаталитической активности. Кроме того, в данном случае снижается окислительная и восстановительная способность генерируемых активных частиц.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Белик Юлия Алексеевна, 2023 год

Список использованной литературы

1. Marschall R. Semiconductor composites: strategies for enhancing charge carrier separation to improve photocatalytic activity // Advanced Functional Materials. - 2014. - Vol. 24, is. 17. - P. 24212440.

2. Facet, junction and electric field engineering of bismuth-based materials for photocatalysis / M. Li, H. Huang, S. Yu, N. Tian [et al.] // ChemCatChem. - 2018. - Vol. 10. - P. 4477-4496.

3. Bismuth-based complex oxides for photocatalytic applications in environmental remediation and water splitting: a review / Y. Liu, B. Yang, H. He [et al.] // Science of The Total Environment. -2022. - Vol. 804. - Article number 150215. - 20 p. - URL: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150215 (access date: 11.09.2023).

4. Study on the interaction of anions and cations in the synthesis of nanoflower bismuth silicate and its photocatalytic removal of dyes and antibiotics / Y. T. Wu, L. Han, L. H. Guo, J. Y. Hu // Journal of Alloys and Compounds. - 2023. - Vol. 963. - Article number 170947. - 11 p. - URL: https://doi.org/10.1016/jjallcom.2023.170947 (access date: 11.09.2023).

5 . Photoactive bismuth silicate catalysts: role of preparation method / Y. A. Belik, A. A. Vodyankin, E. D. Fakhrutdinova, V. A. Svetlichnyi [et al.] // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. - 2022. - Vol. 425. - Article number 113670. - 13 p. - URL: https://doi.org/10.1016/jjphotochem.2021.113670 (access date: 11.09.2023).

6. Valant M. Processing and dielectric properties of sillenite compounds Bi12MO20-d (M = Si, Ge, Ti, Pb, Mn, B1/2, P1/2) / M. Valant, D. Suvorov // Journal of the American Ceramic Society. - 2001. -Vol. 84, is. 12. - P. 2900-2904.

7. Solid-state reaction pathways of sillenite-phase formation studied by high-temperature x-ray diffractometry and differential thermal analysis / S. Chehab, P. Confiant, M. Drache, J. C. Boivin, [et al.] // Materials research bulletin. - 2003. - Vol. 38, is. 5. - P. 875-897.

8. Lott J. Treading water: corporate responses to rising water challenges // CDP worldwide level 4. - 2018. - P. 84. - URL: https://cdn.cdp.net/cdp-production/cms/reports/documents/000/004/232/original/CDP_Global_Water_Report_2018.pdf?15543 92583 (access date: 11.09.2023).

9. Water futures and solution / P. Burek, Y. Satoh, G. Fischer, M. T. Kahil [et al.] // Fast Track Initiative. - 2016. - P. 113. - URL: https://pure.iiasa.ac.at/id/eprint/13008/1/WP-16-006.pdf (access date: 11.09.2023).

10 . О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2021 году. Государственный доклад. - М.: Минприроды России; МГУ имени М.В. Ломоносова, 2022. - 684 с.

11. Zazouli M. A. Removal of precursors and disinfection by-products (DBPs) by membrane filtration from water: a review / M. A. Zazouli, L. R. Kalankesh // Journal of Environmental Health Science and Engineering. - 2017. - Vol. 15. - P. 1-10.

12. Zularisam A. W. Behaviours of natural organic matter in membrane filtration for surface water treatment: a review / A. W. Zularisam, A. F. Ismail, R. Salim // Desalination. - 2006. - Vol. 194, is. 1-3. - P. 211-231.

13. Removal of heavy metals from industrial wastewaters: a review / A. Azimi, A. Azari, M. Rezakazemi, M. Ansarpour // ChemBioEng Reviews. - 2017. - Vol. 4, is. 1. - P. 37-59.

14. Dye and its removal from aqueous solution by adsorption: a review / M. T. Yagub, T. K. Sen, S. Afroze, H. M. Ang // Advances in colloid and interface science. - 2014. - Vol. 209. - P. 172-184.

15. Mousset E. A review of electrochemical reduction processes to treat oxidized contaminants in water / E. Mousset, K. Doudrick // Current Opinion in Electrochemistry. - 2020. - Vol. 22. - P. 221227.

16. Various applications of electrodeionization (EDI) method for water treatment—a short review / O. Arar, U. Yuksel, N. Kabay, M. Yuksel // Desalination. - 2014. - Vol. 342. - P. 16-22.

17 . Broslavsky S. E. Glossary of terms used in photochemistry, 3rd edition (IUPAC Recommendations 2006) // Pure and Applied Chemistry. - 2007. - Vol. 3, is. 79. - P. 293-465.

18. Qu Y. Progress challenge and perspective of heterogeneous photocatalysts / Y. Qu, X. Duan // Chem. Soc. Rev. - 2012. - № 42. - P. 2568-2580.

19. Nanocomposites for visible light-induced photocatalysis / Ed. M. M. Khan, D. Pradhan, Y. Sohn. - Cham, Switzerland : Springer International Publishing, 2017. - Vol. 101. - Ch. 2: Basic Principles, Mechanism, and Challenges of Photocatalysis. - P. 19-39.

20. Porcu S. Advances in hybrid composites for photocatalytic applications: a review / S. Porcu, F. Secci, P. C. Ricci // Molecules. - 2022. - Vol. 27, is. 20. - Article number 6828. - 34 p. - URL: https://doi.org/10.3390/molecules27206828 (access date: 11.09.2023).

21 . Recent advances of photocatalytic application in water treatment: a review / G. Ren, H. Han, Y. Wang, S. Liu [et al.] // Nanomaterials. - 2021. - Vol. 11, is. 7. - Article number 1804. - 22 p. - URL: https://doi.org/10.3390/nano11071804 (access date: 11.09.2023).

22 . Impressive visible-light photocatalytic performance of TiO2 by integration with Bi2SiO5 nanoparticles: Binary TiO2/Bi2SiO5 photocatalysts with n-n heterojunction / S. Shafafi, A. Habibi-Yangjeh, S. Feizpoor, H. Chand // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. - 2021. - Vol. 629. - Article number 127392. - 12 p. - URL: https://doi.org/10.10167j.colsurfa.2021.127392 (access date: 11.09.2023).

23 . Investigating the influence of silver state on electronic properties of Ag/Ag2O/TiO2 heterojunctions prepared by photodeposition / A. A. Vodyankin, Y. A. Belik, V. I. Zaikovskii, O. V.

Vodyankina // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. - 2021. - Vol. 408. - Article number 113091. - 8 p. - URL: https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2020.113091 (access date: 11.09.2023).

24. Enhanced photocatalytic performance of three-dimensional microstructure Bi2SiO5 by ionic liquid assisted hydrothermal synthesis / X. Jin, L. Dou, J. Zhong, S. Zhang // Journal of Physics and Chemistry of Solids. - 2021. - Vol. 154. - Article number 110063. - 9 p. - URL: https://doi.org/10.1016/jjpcs.2021.110063 (access date: 11.09.2023).

25. In situ synthesis of Bi2MoO6/Bi2SiO5 heterojunction for efficient degrading of persistent pollutants / K. Yuan, H. Jia, D. Chen, Y. Feng [et al.] // Materials. - 2023. - Vol. 16, is. 10. - Article number 3631. - 13 p. - URL: https://doi.org/10.3390/ma16103631 (access date: 11.09.2023).

26 . Chen F. Highly selective deethylation of rhodamine B: adsorption and photooxidation pathways of the dye on the TiO2/SiO2 composite photocatalyst / F. Chen, J. Zhao, H. Hidaka // International Journal of Photoenergy. - 2003. - Vol. 5. - P. 209-217.

27 . Чернышев В. М. Конверсия растительной биомассы в фурановые производные и устойчивый доступ (sustainable access) к новому поколению полимеров, функциональных материалов и топлив / В. М. Чернышев, О. А. Кравченко, В. П. Анаников // Успехи химии. - 2017. - Т. 86, № 5. - С. 357-387.

28. Ulyankina A. Selective photocatalytic oxidation of 5-HMF in water over electrochemically synthesized TiO2 nanoparticles / A. Ulyankina, S. Mitchenko, N. Smirnova // Processes. - 2020. - Vol. 8, is. 6. - Article number 647. - 8 p. - URL: https://doi.org/10.3390/pr8060647 (access date: 11.09.2023).

29. Review on nanoscale Bi-based photocatalysts / R. He, D. Xu, B. Cheng, J. Yu [et al.] // Nanoscale Horizons. - 2018. - Vol. 3. - P. 464-504.

30. Heterojunction photocatalysts / J. Low, J. Yu, M. Jaroniec, S. Wageh [et al.] // Advanced materials. - 2017. - Vol. 29, is. 20. - Article number 1601694. - 20 p. - URL: https://doi.org/10.1002/adma.201601694 (access date: 11.09.2023).

31. Nanostructured materials for photocatalysis / C. Xu, P. R. Anusuyadevi, C. Aymonier, R. Luque [et al.] // Chemical Society Reviews. - 2019. - Vol. 48, is. 14. - P. 3868-3902.

32 . Bard A. J. Photoelectrochemistry and heterogeneous photocatalysis at semiconductors // Journal of Photochemistry. - 1979. - Vol. 10, is. 1. - P. 59-75.

33 . Zhou P. All-solid-state z-scheme photocatalytic systems / P. Zhou, J. Yu, M. Jaroniec // Advanced Materials. - 2014. - Vol. 26, is. 29. - P. 4920-4935.

34. Maeda K. Photocatalytic water splitting: recent progress and future challenges / K. Maeda, K. Domen // The Journal of Physical Chemistry Letters. - 2010. - Vol. 1, is. 18. - P. 2655-2661.

35 . Recent advances in composite and heterostructured photoactive materials for the photochemical conversion of solar energy / A. V. Emeline, A. V. Rudakova, V. K. Ryabchuk, N. Serpone // Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry. - 2022. - Vol. 34. - Article number 100588. -7 p. - URL: https://doi.org/10.10167j.cogsc.2021.100588 (access date: 11.09.2023).

36 . Richard C. Photocatalytic transformation of aromatic compounds in aqueous zinc oxide suspensions: Effect of substrate concentration on the distribution of products / C. Richard, F. T. Bosque, J.-F. Pilichowski // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. - 1997. - № 108. - P. 45-49.

37. Wold A. Photocatalytic properties of titanium dioxide (ТЮ2) // Chemistry of Materials. -1993. - Vol. 5, is. 3. - P. 280-283.

38. Reutergardh L. B. Photocatalytic decolourization of reactive azo dye: a comparison between TiO2 and CdS photocatalysis / L.B. Reutergardh, M. Iangphasuk // Chemosphere. - 1997. - № 35. - P. 585-596.

39 . Direct Z-scheme ZnO/CdS hierarchical photocatalyst for enhanced photocatalytic H2-production activity / S. Wang, B. Zhu, M. Liu, L. Zhang, [et al.] // Applied Catalysis B: Environmental.

- 2019. - Vol. 243. - P. 19-26.

40 . Xiao F.-X. Construction of highly ordered ZnO-TiO2 nanotube arrays (ZnO/TNTs) heterostructure for photocatalytic application // ACS applied materials & interfaces. - 2012. - Vol. 4, is. 12. - P. 7055-7063.

41 . Low-temperature synthesis and high visible-light-induced photocatalytic activity of BiOI/TiO2 heterostructures / X. Zhang, L. Zhang, T. Xie, D. Wang [et al.] // The Journal of Physical Chemistry C. - 2009. - Vol. 113, is. 17. - P. 7371-7378.

42 . Meng X. Bismuth-based photocatalytic semiconductors: introduction, challenges and possible approaches / X. Meng, Z. Zhang // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. - 2016. - Vol. 423. - P. 533-549.

43. Bismuth-based photocatalyst for photocatalytic oxidation of flue gas mercury removal: a review / Y. Guan., Y. Liu, Q. Lv, J. Wu // Journal of Hazardous Materials. - 2021. - Vol. 418. - Article number 126280. - 31 p. - URL: https://doi.org/10.1016/jjhazmat.2021.126280 (access date: 11.09.2023).

44. a-Bi2O3 nanorods: an efficient sunlight active photocatalyst for degradation of rhodamine B and 2,4,6-trichlorophenol / S. Sood, A. Umar, S. Kumar Mehta, S. K. Kansal // Ceramics International.

- 2015. - № 41. - P. 3355-3364.

45. Zhang L. Monoclinic structured BiVO4 nanosheets: hydrothermal preparation, formation mechanism, and coloristic and photocatalytic properties / L. Zhang, D. Chen, X. Jiao // The Journal of Physical Chemistry B. - 2006. - № 110. - P. 2668-2673.

46. Photocatalytic property of bismuth titanate Bii2TiO20 crystals / W. F. Yao, H. Wang, X. H. Xu, X. F. Cheng [et al.] // Applied Catalysis A: General. - 2003. - Vol. 243, is. 1. - P. 185-190.

47. Enhanced efficiency of electron-hole separation in Bi2O2CO3 for photocatalysis via acid treatment / Y. Huang, K. Li, Y. Lin, Y. Tong [et al.] // ChemCatChem. - 2018. - Vol. 10. - P. 1-7.

48. Tang J. Photocatalytic decomposition of organic contaminants by Bi2WO6 under visible light irradiation / J. Tang, Z. Zoub, J. Ye // Catalysis Letters. - 2004. - Vol. 92. - P. 53-56.

49 . Controlled synthesis of a highly dispersed BiPO4 photocatalyst with surface oxygen vacancies / Z. Wei, Y. Liu, J. Wang, R. Zong [et al.] // Nanoscale. - 2015. - Vol. 7. - P. 13943-13950.

50. Li J. Bismuth oxyhalide nanomaterials: layered structures meet photocatalysis / J. Li, Y. Yu, L. Zhang // Nanoscale. - 2014. - № 6. - P. 8473-8488.

51. Oxygen vacancies induced special CO2 adsorption modes on Bi2MoO6 for highly selective conversion to CH4 / X. Yang, S. Wang, N. Yang, W. Zhou [et al.] // Applied Catalysis B: Environmental. - 2019. - Vol. 259. - Article number 118088. - 8 p. - URL: https://doi.org/10.10167j.apcatb.2019.118088 (access date: 11.09.2023).

52. Kanhere P. A review on visible light active perovskite-based photocatalysts / P. Kanhere, Z. Chen // Molecules. - 2014. - Vol. 19. - P. 19995-20022.

53 . Three-dimensionally ordered macroporous perovskite materials for environmental applications / C. Zhang, P. Zhao, S. Liu, K. Yu // Chinese Journal of Catalysis. - 2019. - Vol. 40, is. 9. -P. 1324-1338.

54. Layered perovskite oxides and their derivative nanosheets adopting different modification strategies towards better photocatalytic performance of water splitting / Y. Hua, L. Mao, X. Guan, K. A. Tucker [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2020. - Vol. 119. - Article number 109527. - 28 p. - URL : https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109527 (access date: 11.09.2023).

55 . Photocatalytic properties of Bi2WO6/BiPO4 Z-scheme photocatalysts induced by double internal electric fields / Y. Su, G. Tan, T. Liu, L. Lv [et al.] // Applied Surface Science. - 2018. - Vol. 457. - P. 104-114.

56 . Visible light Bi2S3/Bi2O3/Bi2O2CO3 photocatalyst for effective degradation of organic pollutions / Y. Huang, W. Fan, B. Long, H. Li [et al.] // Applied Catalysis B: Environmental. - 2016. -Vol. 185. - P. 68-76.

57. Crystallizing behavior of Bi2O3-SiO2 system / Y. T. Fei, S. J. Fan, R. Y. Sun, J. Y. Xu [et al.] // Journal of materials science letters. - 2000. - Vol. 19. - P. 893-895.

58. Thermodynamics of Bi2O3-SiO2 system / B. Onderka K. Fitzner, M. Kopyto, W. Przybylo // Journal of Mining and Metallurgy, Section B: Metallurgy. - 2017. - Vol. 53, is. 3. - P. 223-231.

59. Hierarchical dielectric orders in layered ferroelectrics Bi2SiO5 / Y. Kim, J. Kim, A. Fujiwara, H. Taniguchi [et al.] // IUCrJ. - 2014. - Vol. 1. - P. 160-164.

60 . Momma K. VESTA 3 for three-dimensional visualization of crystal, volumetric and morphology data / K. Momma, F. Izumi // Journal of applied crystallography. - 2011. - Vol. 44, is. 6. -P. 1272-1276.

61. Ravindran T. Pressure-induced amorphization of bismuth orthosilicate / T. Ravindran, A. K. Arora, R. Gopalakrishnan // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2002. - Vol. 14, is. 25. - P. 65796589.

62. Bi4Si3O12 thin films for scintillator applications / J. A. Rincón-López, D. A. Fernández-Benavides, A. L. Giraldo-Betancur, B. Cruz-Muñoz [et al.] // Applied Physics A. - 2016. - № 122. - P. 1-8.

63. Y-Bi2O3 - to be or not to be? Comparison of the sillenite y-Bi2O3 and isomorphous sillenite-type Bi12SiO20 / M. Weber, R. D. Rodriguez, D. R. T. Zahn, M. Mehring // Inorganic Chemistry. - 2018.

- Vol. 57. - P. 8540-8549.

64. Hu Y. Relaxor-like dielectric behavior in stoichiometric sillenite Bi12SiO20 / Y. Hu, D. C. Sinclair // Chemistry of materials. - 2013. - Vol. 25, is. 1. - P. 48-54.

65. Levin E. M. Polymorphism of bismuth sesquioxide. I. Pure Bi2O3 //Journal of Research of the National Bureau of Standards. Section A / E. M. Levin, R. S. Roth // Physics and Chemistry. - 1964.

- Vol. 68, is. 2. - Article number 189. - 7 p. - URL: https://doi.org/10.6028/jres.068A.019 (access date: 11.09.2023).

66. Oxide ion conducting solid electrolytes based on Bi2O3 / P. Shuk, H. D. Wiemhöfer, U. Guth, W. Göpel [et al.] // Solid State Ionics. - 1996. - Vol. 89, is. 3-4. - P. 179-196.

67. 3D cross-linked lamellar bismuth silicate with lamellar porous and double heterostructure and its photocatalytic performance under visible light / Y. Wu, J. Hu, J. Wang, L. Han [et al.] // Ceramics International. - 2023. - Vol. 49, is. 17. - P. 28208-28215.

68 . Preparation of Ag-Bi12SiO20/Bi2SiO5 with high visible light photocatalytic property: the synergistic effect of the heterojunction and the heterogeneous interface / Y. Wu, L. Han, J. Lu, Q. Ning // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. - 2021. - Vol 32. - P. 6976-6983.

69. Cellulose-templated Bi2SiO5 nanorods with enhanced UV/vis light utilization efficiency for high-performance photocatalytic degradation of organic contaminants / Y. Cai, S. Zhang, W. Zhu, H. Fang [et al.] // CrystEngComm. - 2023. - Vol. 25, is. 27. - P. 3943-3952.

70. Mechanical ball-milling preparation and superior photocatalytic NO elimination of z-scheme Bi12SiO20-based heterojunctions with surface oxygen vacancies / F. Chang, C. Yang, X. Wang, S. Zhao [et al.] // Journal of Cleaner Production. - 2022. - Vol. 380. - Article number 135167. - 13 p. - URL: https://doi.org/10.1016/jjclepro.2022.135167 (access date: 11.09.2023).

71 . Jointly augmented photocatalytic NO removal by s-scheme Bii2SiO2o/Ag2MoO4 heterojunctions with surface oxygen vacancies / F. Chang, S. Zhao, Y. Lei, X. Wang [et al.] // Journal of Colloid and Interface Science. - 2023. - Vol. 649. - P. 713-723.

72 . Construction of 2D bismuth silicate heterojunctions from natural mineral toward cost-effective photocatalytic reduction of CO2 / Y. Liu, X. Chu, A. Shi, C. Yao [et al.] // Industrial & Engineering Chemistry Research. - 2022. - Vol. 61, is. 34. - P. 12294-12306.

73 . In situ synthesis of hydrangea finch coral-like Bi12SiO20 film with highly effective photocatalytic CO2 reduction performance / X. Zhang, T. Xue, C. Zhang, J. Wang [et al.] // ACS Applied Energy Materials. - 2020. - Vol. 4, is. 1. - P. 15-19.

74. One-step synthesis of novel Bi/Bi2SiO5 flower-like composites with highly-efficient CO2 photoreduction performance / X. Guan, X. Zhang, C. Zhang, R. Li [et al.] // Composites Communications. - 2020. - Vol. 20. - Article number 100366. - 5 p. - URL: https://doi.org/10.1016Zj.coco.2020.100366 (access date: 11.09.2023).

75. Tetrahedral tilting and ferroelectricity in Bi2AO5(A=Si, Ge) from first principles calculations / J. Parka, B. G. Kima, S. Moric, T. Oguchi // Journal of Solid State Chemistry. - 2016. - Vol. 235. - P. 68-75.

76. Ferroelectricity driven by twisting of silicate tetrahedral chains / H. Taniguchi, A. Kuwabara, J. Kim, Y. Kim [et al.] // Angewandte Chemie International Edition. - 2013. - Vol. 52. - P. 8088-8092.

77. Scott J. F. Applications of modern ferroelectrics // Science. - 2007. - Vol. 315, is. 5814. - P. 954-959.

78. Competing structural instabilities in Bi2SiO5 / A. Girard, H. Taniguchi, S. M. Souliou, M. Stekiel [et al.] // Physical Review B. - 2018. - Vol. 98, is. 13. - P. 134102-134108.

79 . Bismuth silicate Bi4Si3O12, a faster scintillator than bismuth germanate Bi4Ge3O12 / M. Kobayashi, M. Ishii, K. Harada, I. Yamaga // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A.

- 1996. - Vol. 372. - P. 45-50.

80. Jiayue X. Development of doped Bi4Si3O12 crystals for scintillation, laser and led applications / X. Jiayue, Y. Bobo, Z. Yan // Materials Focus. - 2015. - Vol. 4. - P. 20-27.

81 . Veber A. Synthesis and microstructural characterization of Bi12SiO20 (BSO) thin films produced by the sol-gel process / A. Veber, S. Kunej, D. Suvorov // Ceramics International. - 2010. -Vol. 36. - P. 245-250.

82. Valant M. Processing and dielectric properties of sillenite compounds Bi12MO20-d (M = Si, Ge, Ti, Pb, Mn, B1/2, P1/2) / M. Valant, D. Suvorov // Journal of the American Ceramic Society. - 2001.

- Vol. 84, is. 12. - P. 2900-2904.

83 . Zhang P. Controllable morphology and photocatalytic performance of bismuth silicate nanobelts/nanosheets / P. Zhang, J. Hu, J. Li // RSC Advances. - 2011. - Vol. 1. - P. 1072-1077.

84 . Template-free hydrothermal synthesis and photocatalytic performances of novel bi2sio5 nanosheets / R. Chen, J. Bi, L. Wu, W. Wang [et al.] // Inorganic chemistry. - 2009. - Vol. 48, is. 19. -P. 9072-9076.

85 . Synthesis and characterization of single-crystalline Bi2O2SiO3 nanosheets with exposed {001} facets / S. Ding, X. Xiong, X. Liu, Y. Shi [et al.] // Catalysis Science & Technology. - 2017. - № 7. - P. 3791-3801.

86 . Citric acid-assisted hydrothermal synthesis of a self-modified Bi2SiO5/Bi12SiO20 heterojunction for efficient photocatalytic degradation of aqueous pollutants / W. Q. Li, Z. H. Wen, S. H. Tian, L. J. Shana [et al.] // Catalysis Science & Technology. - 2017. - Vol. 8. - P. 1051-1061.

87 . Synthesis and characterization of Bi4Si3O12, Bi2SiO5, and Bi12SiO20 by controlled hydrothermal method and their photocatalytic activity / C.-C. Chen, C.-T. Yang, W.-H. Chung, J.-L. Chang [et al.] // Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. - 2017. - Vol. 78. - P. 157-167.

88. One-pot synthesis of bismuth silicate heterostructures with tunable morphology and excellent visible light photodegradation performances / K. L. Jia, J. Qu, S. M. Hao, F. An [et al.] // Journal of colloid and interface science. - 2017. - Vol. 506. - P. 255-262.

89. A facile Pechini method to synthesize novel Bi12SiO20-Bi2SiO5 heterostructure photocatalysts with enhanced visible light photocatalytic activity / Y. Wu, M. Li, J. Yuan, J. Lu [et al.] // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. - 2018. - Vol. 29. - P. 4503-4508.

90. Facile solvothermal synthesis of uniform sponge-like Bi2SiO5 hierarchical nanostructure and its application in Cr(VI) removal / G. Cheng, J. Xiong, H. Yang, Z. Lu [et al.] // Materials Letters. -2012. - Vol. 77. - P. 25-28.

91 . Fabrication of Bi2SiO5 hierarchical microspheres with an efficient photocatalytic performance for rhodamine B and phenol removal / L. Dou, J. Zhong, J. Li, J. Luo [et al.] // Materials Research Bulletin. - 2019. - Vol. 116. - P. 50-58.

92. Facile hydrothermal synthesis of 3D hierarchical Bi2SiO5 nanoflowers and their luminescent properties / X. Dai, Y. Luo, S. Fu, W. Chen [et al.] // Solid state sciences. - 2010. - Vol. 12. - P. 637642.

93. High photodegradation efficiency of rhodamine B catalyzed by bismuth silicate nanoparticles / J. Duan, Y. Liu, X. Pan, Y. Zhang [et al.] // Catalysis Communications. - 2013. - Vol. 39. - P. 65-69.

94. Fu S. Solid-phase reaction in synthesis of Bi12SiO20 source-rods for single-crystal growth in a floating zone / S. Fu, H. Ozoe // Journal of Physics and Chemistry of Solids. - 1996. - Vol. 57, is. 9. -P. 1269-1278.

95. Georges S. Crystal structure of lanthanum bismuth silicate Bi2-xLaxSiO5(x~0.1) / S. Georges, F. Goutenoire, P. Lacorre // Journal of Solid State Chemistry. - 2006. - Vol. 179. - P. 4020-4028.

96 . Preparing Bi12SiO20 crystals at low temperature through nontopotactic solid-state transformation and improving its photocatalytic activity by etching / Q. Han, J. Zhang, X. Wang, J. Zhu // Journal of Materials Chemistry A. - 2015. - Vol. 3. - P. 7413-7421.

97. Veber A. The effects of solvents on the formation of sol-gel-derived Bi12SiO20 thin films / A. Veber, S. Kunej, R. C. Korosec, D. Suvorov // Journal of the European Ceramic Society. - 2010. - Vol. 30. - P. 2475-2480.

98. Sol-gel synthesis of materials in the system Bi2O3 - SiO2 / Y. Dimitriev, M. Krupchanska, Y. Ivanova, A. Staneva // Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy. - 2010. - Vol. 45, is. 1. - P. 39-42.

99 . Studying the preparation of pure Bi12SiO20 by Pechini method with high photocatalytic performance / Y. Wu, X. Chang, M. Li, X. P. Hei [et al.] // Journal of Sol-Gel Science and Technology.

- 2021. - Vol. 97. - P. 311-319.

100. Low temperature synthesis and photocatalytic performances of pure Bi2SiO5 powders via pechini sol-gel method / Y. Wu, M. Li, J. Yuan, X. Wang // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. - 2017. - Vol. 14. - P. 10406-10410.

101. Czochralski growth and scintillation properties of Bi4Si3O12 (BSO) single crystal / J. Hua, H. J. Kim, G. Rooh, H. Park [et al.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. - 2011.

- Vol. 648. - P. 73-76.

102. Marinova V. The influence of annealing at different temperatures and atmospheres on the optical rotation of Bi12SiO20 crystals / V. Marinova, M. Veleva, D. Petrova // Optical Materials. - 2003.

- Vol. 24. - P. 595-600.

103. Wiegel M. E. K. Comparative analysis of electro-optic properties in bismuth silicate grown by the Czochralski, Bridgman-Stockbarger, and hydrothermal techniques / M. E. K. Wiegel, P. Becla // Optical Materials. - 2004. - Vol. 26. - P. 471-478.

104. Bridgman growth of Bi4Si3O12 scintillation crystals and doped effects on radiation resistance / F. Yiting, F. Shiji, S. Renying, X. Jiayue [et al.] // Progress in crystal growth and characterization of materials. - 2000. - Vol. 40. - P. 189-194.

105 . Sekhar H. Structural, linear and enhanced third-order nonlinear optical properties of Bi12SiO20 nanocrystals / H. Sekhar, P. P. Kiran, D. N. Rao // Materials Chemistry and Physics. - 2011.

- Vol. 130, is.1-2. - P. 113-120.

106. He C. Preparation, characterization and photocatalytic properties of Bi12SiO20 powders / C. He, M. Gu // Scripta Materialia. - 2006. - Vol. 55. - P. 481-484.

107. Electrospun sillenite Bi12MO20 (M = Ti, Ge, Si) nanofibers general synthesis, band structure, and photocatalytic activity / D. Hou, X. Hu, Y. Wen, B. Shan [et al.] // Physical Chemistry Chemical Physics. - 2013. - Vol. 15. - P. 20698-20705.

108. Mechano-chemical reaction // IUPAC / IUPAC Gold Book. - Electronic data. - [Oxford, UK], 1997. - URL: https://goldbook.iupac.org/html/M7MT07141.html (access date: 11.09.2023).

109. Baig R. N. Alternative energy input: mechanochemical, microwave and ultrasound-assisted organic synthesis / R. N. Baig, R. S. Varma // Chemical Society Reviews. - 2012. - Vol. 41. - P. 15591584.

110. Mechanical activation for soft synthesis of bismuth silicates / Y. Belik, T. Kharlamova, A. Vodyankin, V. Svetlichnyi [et al.] // Ceramics International. - 2020. - Vol. 46, is. 8. - P. 10797-10806.

111. Souri D. A new method for the determination of optical band gap and the nature of optical transitions in semiconductors / D. Souri, Z. E. Tahan // Applied Physics B. - 2015. - Vol. 119, is. 2. - P. 273-279.

112. Morrison I. Nonlocal Hermitian norm-conserving Vanderbilt pseudopotential / I. Morrison, D. M. Bylander, L. Kleinman // Physical Review B. - 1993. - Vol. 47, is. 11. - P. 6728-6731.

113 . A consistent and accurate ab initio parametrization of density functional dispersion correction (DFT-D) for the 94 elements H-Pu / S. Grimme, J. Antony, S. Ehrlich, H. Krieg // The Journal of chemical physics. - 2010. - Vol. 132, is. 15. - Article number 154104. - 19 p. - URL: https://doi.org/10.1063/L3382344 (access date: 11.09.2023).

114. Monkhorst H. J. Special points for Brillouin-zone integrations / H. J. Monkhorst, J. D. Pack // Physical Review B. - 1976. - Vol. 13, is. 12. - P. 5188-5192.

115 . Mihailova B. Raman spectroscopy study of sillenites. I. Comparison between Bi12(Si,Mn)O20 single crystals / B. Mihailova, M. Gospodinov, L. Konstantinov // Journal of Physics and Chemistry of Solids. - 1999. - Vol. 60, is. 11. - P. 1821-1827.

116. Insights into the photocatalytic performance of Bi2O2CO3/BiVO4 heterostructures prepared by one-step hydrothermal method / O. F. Lopes, K. T. Carvalho, W. Avansi, D. M. Milori [et al.] // RSC advances. - 2018. - Vol. 8, is. 20. - P. 10889-10897.

117. Structural evolution of Bi2O3 prepared by thermal oxidation of bismuth nano-particles / A. J. Salazar-Perez, M. A. Camacho-Lopez, R. A. Morales-Luckie, V. Sanchez-Mendieta // Superficies y vacio. - 2005. - Vol. 18, is. 3. - P. 4-8.

118. The study of optical band edge property of bismuth oxide nanowires a-Bi2O3 / C. Ho, C. Chan, Y. Huang, L. Tien [et al.] // Optics express. - 2013. - Vol. 21, is. 10. - P. 11965-11972.

119. Optical properties and visible light-induced photocatalytic activity of bismuth sillenites (Bi12XO20, X=Si, Ge, Ti) / T. H. Noh, S.W. Hwang, J. U. Kim, H.K. Yu [et al.] // Ceramics International.

- 2017. - Vol. 43, is. 15. - P. 12102-12108.

120. Bordun O. M. Vibrational spectra of thin eulytine films // Journal of applied spectroscopy.

- 1997. - Vol. 64. - P. 476-479.

121. Hofmeister A. M. Single-crystal absorption and reflection infrared spectroscopy of forsterite and fayalite // Physics and Chemistry of Minerals. - 1987. - Vol. 14, is. 6. - P. 499-513.

122 . Hobosyan M. A. A novel nano-energetic system based on bismuth hydroxide / M. A. Hobosyan, S. A. Yolchinyan, K. S. Martirosyan // RSC advances. - 2016. - Vol. 6, is. 71. - P. 6656466570.

123. Bartonickova E. Microwave-assisted synthesis of bismuth oxide / E. Bartonickova, J. Cihlar, K. Castkova // Processing and Application of Ceramics. - 2007. - Vol. 1, is. 1-2. - P. 29-33.

124. Synthesis and characterizations of metastable Bi2SiO5 powders with a synergistic effect of adsorption and photocatalysis / Y. T. Wu, M. L. Li, J. Yuan, X. F. Wang // Applied Physics A. - 2017. -№ 123. - Article number 543. - 10 p. - URL: https://doi.org/10.1007/s00339-017-1144-6 (access date: 11.09.2023).

125 . Preparation, structure and photo-catalytic performances of hybrid Bi2SiO5 modified Si nanowire arrays / X. Feng, X. Qi, J. Li, L. Yang [et al.] // Applied surface science. - 2011. - Vol. 257, is. 13. - P. 5571-5575.

126. Enhanced visible light photocatalytic performance of a novel heterostructured Bi4O5Br2-Bi24O31Br10-Bi2SiO5 photocatalyst / D. Liu, W. Yao, J. Wang, Y. Liu [et al.] // Applied Catalysis B: Environmental. - 2015. - Vol. 172. - P. 100-107.

127. Electrochemical performance of Bi2O2CO3 nanosheets as negative electrode material for supercapacitors / B. Wang, J. Wang, Y. Zhang, Y. Mei [et al.] // Ceramics International. - 2017. - Vol. 43, is. 12. - P. 9310-9316.

128 . Syntheses, characterization and nonlinear optical properties of a bismuth subcarbonate Bi2O2CO3 / H. Huang, N. Tian, S. Jin, Y. Zhang [et al.] // Solid State Sciences. - 2014. - Vol. 30. - P. 15.

129. A g-C3N4/Bi2O2CO3 composite with high visible-light-driven photocatalytic activity for rhodamine B degradation / N. Tian, H. Huang, Y. Guo, Y. He [et al.] // Applied surface science. - 2014. - Vol. 322. - P. 249-254.

130. Effect of SiO2 on Bi12SiO20 crystals grown by hydrothermal technology / X. He, W. Zhou, C. Zhang, H. Zhou [et al.] // Journal of crystal growth. - 2011. - Vol. 318, is. 1. - P. 900-903.

131. The preparation and crystal-structure of a unique bismuth complex with ethylene-glycol -the tris[ethane-1,2-diolato(2-)]dibismuth(III) polymer hydrate / B. A. Cloutt, D. S. Sagatys, G. Smith, R. C. Bott // Australian journal of chemistry. - 1997. - Vol 50, is.9. - P. 947-950.

132. Characterization of bismuth oxide catalysts prepared from bismuth trinitrate pentahydrate: influence of bismuth concentration / R. Irmawati, M. N. Nasriah, Y. H. Taufiq-Yap, A. S. Hamid // Catalysis Today. - 2004. - Vol. 93. - P. 701-709.

133. Facile large-scale synthesis of P-BÏ2O3 nanospheres as a highly efficient photocatalyst for the degradation of acetaminophen under visible light irradiation / X. Xiao, R. Hu, C. Liu, C. Xing [et al.] // Applied Catalysis B: Environmental. - 2013. - Vol. 140-141. - P. 433-443.

134. Noble metal-free Bi nanoparticles supported on TiO2 with plasmon-enhanced visible light photocatalytic air purification / Z. Zhao, W. Zhang, X. Lv, Y. Sun [et al.] // Environmental Science: Nano.

- 2016. - Vol. 3, is. 16. - P. 1306-1317.

135. Bismuth-containing MCM-41: synthesis, characterization, and catalytic behavior in liquidphase oxidation of cyclohexane / G. Qian, D. Ji, G. Lu, R. Zhao [et al.] // Journal of Catalysis. - 2005.

- Vol. 232, is. 2. - P. 378-385.

136. Qian G. High bismuth content Bi-MCM-41: Synthesis, characterization and investigation on the distribution of bismuth atoms / G. Qian, X. Luo, J. Wang // Microporous and mesoporous material.

- 2008. - Vol. 112, is.1-3. - P. 632-636.

137. A superior photocatalytic performance of a novel Bi2SiO5 flower-like microsphere via a phase junction / D. Liu, J. Wang, M. Zhang, Y. Liu [et al.] // Nanoscale. - 2014. - Vol. 6. - P. 1522215227.

138 . A high-performance Bi2O3/Bi2SiO5 p-n heterojunction photocatalyst induced by phase transition of Bi2O3 / H. Lua, Q. Hao, T. Chen, L. Zhang [et al.] // Applied Catalysis B: Environmental. -2018. - Vol. 237. - P. 59-67.

139 . Electrospun sillenite Bi12MO20 (M = Ti, Ge, Si) nanofibers: general synthesis, band structure, and photocatalytic activity / D. Hou, X. Hu, Y. Wen, B. Shan [et al.] // Physical Chemistry Chemical Physics. - 2013. - Vol. 15, is. 47. - P. 20698-20705.

140 . Вода, масс-спектр (электронная ионизация). Стандартная справочная база данных NIST 69: Веб-книга NIST по химии. - [S. I.], 2023. - URL: https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C7732185&Units=SI&Mask=200#Mass-Spec (дата обращения: 11.09.2023).

141. 1,2-Этандиол, масс-спектр (электронная ионизация). Стандартная справочная база данных NIST 69: Веб-книга NIST по химии. - [S. I.], 2023. - URL: https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C107211&Units=SI&Mask=200#Mass-Spec (дата обращения: 11.09.2023).

142. Fievet F. Preparing Monodisperse Metal Powders in Micrometer and Submicrometer Sizes by the Polyol Process / F. Fievet, J. P. Lagier, M. Figlarz // MRS Bulletin. - 1989. - Vol. 14, is. 12. - P. 29-34.

143. Fabrication of urchin-like bismuth nanostructures by a facile solvothermal route / C. Tang, Y. X. Zhang, G. Wang, H. Q. Wang [et al.] // Chemistry letters. - 2008. - Vol. 37, is. 7. - P. 722-723.

144. 2,3-Бутандион, масс-спектр (электронная ионизация). Стандартная справочная база

данных NIST 69: Веб-книга NIST по химии. - [S. I.], 2023. - URL: https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C431038&Units=SI&Mask=200#Mass-Spec (дата

обращения: 11.09.2023).

145. Ацетальдегид, масс-спектр (электронная ионизация). Стандартная справочная база данных NIST 69: Веб-книга NIST по химии. - [S. I.], 2023. - URL: https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C75070&Units=SI&Mask=200#Mass-Spec (дата обращения: 11.09.2023).

146. 3-гидроксибутаналь, масс-спектр (электронная ионизация). Стандартная справочная база данных NIST 69: Веб-книга NIST по химии. - [S. I.], 2023. - URL: https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C107891&Units=SI&Mask=200#Mass-Spec (дата обращения: 11.09.2023).

147 . Synthesis and photocatalytic properties of materials based on bismuth silicates / A. A. Vodyankin, I. P. Ushakov, Y. A. Belik, O. V. Vodyankina // Kinetics and catalysis. - 2017. - Vol. 58, is. 5. - P. 593-600.

148. The interaction between TEOS and some polyols / M. §tefanescu, M. Stoia, O. §tefanescu, A. Popa [et al.] // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. - 2007. - Vol. 88. - P. 19-26.

149. Liu G. The thermal behavior of alumina borate whisker with Bi(OH)3-Sn(OH)4 coatings / G. Liu, J. Hu // Powder technology. - 2012. - Vol. 218. - P. 124-130.

150 . Assessing oxygen vacancies in bismuth oxide through EELS measurements and DFT simulations / P. Torruella, C. Coll, G. Martin, L. Lopez-Conesa [et al.] // The Journal of Physical Chemistry C. - 2017. - Vol. 121. - P. 24809-24815.

151. Raman scattering in sillenite-type crystals / V. I. Burkov, A. V. Egorysheva, V. S. Gorelik, Yu. F. Kargin [et al.] // Crystallography Reports. - 2001. - Vol. 46, is. 3. - P. 461-467.

152 . A novel heterojunction photocatalyst, Bi2SiO5/g-C3N4: synthesis, characterization, photocatalytic activity, and mechanism / C. Yang, W. W. Lee, H. Lin, Y. Dai [et al.] // RSC Advances. -2016. - Vol. 6, is. 47. - P. 40664-40675.

153. Constructing a novel Bi2SiO5/BiPO4 heterostructure with extended light response range and enhanced photocatalytic performance / D. Liu, W. Cai, Y. Wang, Y. Zhu // Applied Catalysis B: Environmental. - 2018. - Vol. 236. - P. 205-211.

154 . A novel low temperature vapor phase hydrolysis method for the production of nano-structured silica materials using silicon tetrachloride / X. Chen, J. Jiang, F. Yan, S. Tiana [et al.] // RSC Advances. - 2014. - Vol. 4. - P. 8703-8710.

155. Raman spectroscopy of bismuth silicon oxide single crystals grown by the Czochralski technique / Z. Lazarevic, S. Kostic, V. Radojevic, M. Romcevic [et al.] // Physica Scripta. - 2013. - Vol.

157. - Article number 014046. - 4 p. - URL: https://doi.org/10.1088/0031-8949/2013/T157/014046 (access date: 11.09.2023).

156. Handbook of X-ray photoelectron spectroscopy / J. F. Moulder, W. F. Stickle, P. E. Sobol, K. D. Bomben ; Ed. J. Chastain. - Eden Prairie : Perkin-Elmer Corporation, 1992. - P. 261.

157. Wanab Z. Synthesis and facet-dependent enhanced photocatalytic activity of Bi2SiO5/AgI nanoplate photocatalysts / Z. Wanab, G. Zhang // Journal of Materials Chemistry A. - 2015. - Vol. 3. -P. 16737-16745.

158. In situ synthesis of Bi2S3/Bi2SiO5 heterojunction photocatalysts with enhanced visible light photocatalytic activity / X. Liu, W. Wang, Y. Liu, B. Huang [et al.] // RSC Advances. - 2015. - Vol. 5, is. 69. - P. 55957-55963.

159. Plasmonic metallic Bi deposited Bi12SiO20 crystals with rich oxygen vacancies for enhanced photocatalytic degradation of RhB and 2,4-DCP / W. Feng, J. Fanga, L. Zhang, S. Lu [et al.] // Materials Research Bulletin. - 2017. - Vol. 94. - P. 45-53.

160 . Photocatalytic activity of bismuth silicate heterostructures synthesized via surfactant mediated sol-gel method / K. Karthik, K. S. Devi, D. Pinheiro, S. Sugunan // Materials Science in Semiconductor Processing. - 2019. - Vol. 102. - Article number 104589. - 8 p. - URL: https://doi.org/10.10167j.mssp.2019.104589 (access date: 11.09.2023).

161 . Jiang H. Crystalline metallic Au nanoparticle-loaded a-Bi2O3 microrods for improved photocatalysis / H. Jiang, K. Cheng, J. Lin // Physical Chemistry Chemical Physics. - 2012. - Vol. 14. -P. 12114-12121.

162. Metastable P-Bi2O3 nanoparticles with potential for photocatalytic water purification using visible light irradiation / M. Schlesinger, M. Weber, S. Schulze, M. Hietschold [et al.] // Chemistry Open.

- 2013. - Vol. 2. - P. 146-155.

163 . Synthesis and photocatalytic properties of metastable P-Bi2O3 stabilized by surface coordination effects / H. Jiang, P. Li, G. Liu, J. Ye [et al.] // Journal of Materials Chemistry A. - 2015. -Vol. 3. - P. 5119-5125.

164 . Abu-Dief A. M. a-Bi2O3 nanorods: Synthesis, characterization and UV-photocatalytic activity / A. M Abu-Dief, W. S. Mohamed // Materials Research Express. - 2017. - Vol. 4, is. 3. - Article number 035039. - 11 p. - URL: https://doi.org/10.1088/2053-1591/aa6712 (access date: 11.09.2023).

165. An anion exchange strategy for construction of a novel Bi2SiO5/Bi2MoO6 heterostructure with enhanced photocatalytic performance / D. Liu, J. Wang, Y. Wang, Y. Zhu // Catalysis Science & Technology. - 2018. - Vol. 8, is. 13. - P. 3278-3285.

166. Temperature-dependent band gap characteristics of Bi12SiO20 single crystals / M. Isik, S. Delice, N. M. Gasanly, N. H. Darvishov [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2019. - Vol. 126, is. 24.

- Article number 245703. - 6 p. - URL: https://doi.org/10.1039/C5TA03465E (access date: 11.09.2023).

167. The polyol process: a unique method for easy access to metal nanoparticles with tailored sizes, shapes and compositions / F. Fievet, S. Ammar-Merah, R. Brayner, F. Chau [et al.] // Chemical Society Reviews. - 2018. - Vol. 47, is. 14. - P. 5187-5233.

168. Epiphanova A. Formation and characterization of phosphate-modified silicate materials derived from sol-gel process / A. Epiphanova, O. Magaev, O. Vodyankina // Journal of sol-gel science and technology. - 2012. - Vol. 61. - P. 509-517.

169. Drache M. Structures and Oxide Mobility in Bi-Ln-O Materials: Heritage of Bi2O3 / M. Drache, P. Roussel, J. P. Wignacourt // Chemical reviews. - 2007. - Vol. 107, is. 1. - P. 80-96.

170 . Metastable P-Bi2O3 nanoparticles with high photocatalytic activity from polynuclear bismuth oxido clusters / M. Schlesinger, S. Schulze, M. Hietschold, M. Mehring // Dalton Transactions.

- 2013. - Vol. 42. - P. 1047-1056.

171. Takamori T. The system Bi2O3-SiO2 // Journal of the American Ceramic Society. - 1990. -Vol. 73, is. 1. - P. 158-160.

172. Comparative study of the photocatalytic performance for the degradation of different dyes by ZnIn2S4: adsorption, active species, and pathways / T. Liu, L. Wang, X. Lu, J. Fan [et al.] // RSC Advances. - 2017. - Vol. 7. - P. 12292-12300.

173. Synthesis, characterization and photocatalytic activity of mixed-metal oxides derived from NiCoFe ternary layered double hydroxides / D. Pan, S. Ge, J. Zhao, Q. Shao [et al.] // Dalton Transactions. - 2018. - Vol. 47. - P. 9765-9778.

174 . One-pot solvothermal fabrication of s-scheme OVs-Bi2O3/Bi2SiO5 microsphere heterojunctions with enhanced photocatalytic performance toward decontamination of organic pollutants / L. Dou, X. Jin, J. Chen, J. Zhong [et al.] // Applied Surface Science. - 2020. - Vol. 527. - Article number 146775. - 14 p. - URL: https://doi.org/10.10167j.apsusc.2020.146775 (access date: 11.09.2023).

175 . Enhancement of charge separation in ferroelectric heterogeneous photocatalyst Bi4(SiO4)3/Bi2SiO5 nanostructures / A. Al-Keisy, L. Ren, T. Zheng, X. Xu [et al.] // Dalton Transactions.

- 2017. - Vol. 46. - P. 15582-15588.

176. Synthesis and photocatalytic properties of Bi2SiO5 and Bi12SiO20 / W. Gu, F. Teng, Z. Liu, Z. Liu [et al.] // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. - 2018. - Vol. 353. - P. 395400.

177. Promotion of phenol photodecomposition and the corresponding decomposition mechanism over g-C3N4/TiO2 nanocomposites / X. Wang, F. Wang, B. Chen, K. Cheng [et al.] // Applied Surface Science. - 2018. - Vol. 453. - P. 320-329.

178. Bott A. W. Electrochemistry of semiconductors // Current separations. - 1998. - Vol. 17. -P. 87-92.

179. Ling Y. Direct Z-scheme hierarchical WO3/BiOBr with enhanced photocatalytic degradation performance under visible light / Y. Ling, Y. Dai // Applied Surface Science. - 2020. - Vol. 509. - Article number 145201. - 13 p. - URL: https://doi.org/10.10167j.apsusc.2019.145201 (access date: 11.09.2023).

180. Electrochemical study of semiconductor properties for bismuth silicate-based photocatalysts obtained via hydro-/solvothermal approach / A. V. Shabalina, E. Y. Gotovtseva, Y. A. Belik, S. M. Kuzmin [et al.] // Materials. - 2022. - Vol. 15, is. 12. - Article number 4099. - 18 p. - URL: https://doi.org/10.3390/ma15124099 (access date: 11.09.2023).

181. Laser-assisted preparation of highly-efficient photocatalytic nanomaterial based on bismuth silicate / A. V. Shabalina, E. D. Fakhrutdinova, A. G. Golubovskaya, S. M. Kuzmin [et al.] // Applied Surface Science. - 2022. - Vol. 575. - Article number 151732. - 12 p. - URL: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151732 (access date: 11.09.2023).

182. Vertically grown ultrathin Bi2SiO5 as high-к single-crystalline gate dielectric / J. Chen, Z. Liu, X. Dong, Z. Gao [et al.] // Nature Communications. - 2023. - Vol. 14, is. 1. - Article number 4406. - 10 p. - URL: https://doi.org/10.1038/s41467-023-40123-1 (access date: 11.09.2023).

183. Blower S. K. The structure of P-Bi2O3 from powder neutron diffraction data / S. K. Blower, C. Greaves // Acta Crystallographica Section C: Crystal Structure Communications. - 1988. - Vol. 44, is. 4. - P. 587-589.

184. Ketterer J. Crystal structure of the bismuth silicate Bi2SiO5 / J. Ketterer, V. Kramer // Neues Jahrbuch fur Mineralogie. - 1986. - Vol. 1. - P. 13-18.

Приложение А Обработка спектров поглощения родамина Б

Степень разложения родамина Б оценивалась по значению оптической плотности при фиксированной длине волны - 556 нм. Деконволюция основного пика данного красителя проводилась в программе OMNIC. Параметры обработки были выбраны следующие: Вид пика: Гаусс; чувствительность: высокая; ширина на полувысоте пика: 5. При этом фиксировалась длина волны для одного из четырех пиков при 556 нм.

Черная кривая - экспериментальные данные, красная кривая - суммарная кривая деконволюции, зеленые кривые - результаты деконколюции Рисунок А.1 - Деконволюция основного пика поглощения родамина Б в программе OMNIC

Приложение Б Фазовый состав образцов BSM

Рисунок Б.1 - Дифрактограмма образца BSM-12/1-O+C после 10 мин МА

1000

ю 20 зо 40 50 6о 70

2 0, градусы

Рисунок Б.2 - Дифрактограмма образца BSM-2/1-O+C после 10 мин МА

1000-

10 20 30 40 50 60 70

2 0, градусы

Рисунок Б.3 - Дифрактограмма образца BSM-4/3-O+C после 10 мин МА

Рисунок Б.4 - Результаты полнопрофильного анализа дифрактограммы образца BSM-12/1-0, активированного в течение 20 мин без рассеяния и с рассеянием от рентгеновской аморфной

фазы

1500

10 20 зо 40 50 60 70

2 9, градусы

Рисунок Б.5 - Дифрактограмма образца BSM-12/1-0+C_400

1500

10 20 зо 40 50 60 70

2 9, градусы

Рисунок Б.6 - Дифрактограмма образца BSM-12/1-0+C_600

Рисунок Б.7 - Дифрактограмма образца BSM-2/1-O+C_500

Рисунок Б.8 - Дифрактограмма образца BSM-2/1-O+C_600

Рисунок Б.9 - Дифрактограмма образца BSM-4/3-O+C_500

Рисунок Б.10 - Дифрактограмма образца BSM-4/3-O+C_600

Волновое число, см

а - диапазон волнового числа от 500 см-1 до 1500 см-1, б - диапазон волнового числа от 1075 см-1 до 1500 см-1 Рисунок Б.11 - ИК-спектры прокаленных образцов BSM-O+C

а - диапазон КР-сдвига от 90 см-1 до 700 см-1, б - диапазон КР-сдвига от 700 см-1 до 1100 см-1 Рисунок Б.12 - КР-спектры прокаленных образцов BSM-O+C

Приложение В Спектры поглощения раствора родамина Б

л. НМ )■■ ИМ Л, нм

а) холостой, б) а-Ш20з, в) BSO_600, г) BSO_OH_600, д) BSO_NaSi_OH_600,

е) BSN_NaSi_pH_12 Рисунок В.1 - Спектры поглощения родамина Б под облучением Хе лампы

Приложение Г Вольтамперометрические кривые

а - BS0_600, б - BS0_0H_600, в - BS0_NaSi_0H_600 Рисунок Г.1 - Вольтамперометрические кривые с разверткой потенциала для электродов с образцами BS0 в двух жидкостях: 0,5 М водном растворе Na2S04

Приложение Д Фазовый состав образцов серии BS

2 0, градусы

Рисунок Д.1 - Дифрактограмма образца BS_2.09/1_450-400

, градусы

Рисунок Д.2 - Дифрактограмма образца BS_2.09/1_600

1000

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

2 0, градусы

Рисунок Д.3 - Дифрактограмма образца BS_2/1_300-400

2 9, градусы

Рисунок Д.4 - Дифрактограмма образца BS_2/1_400

2 9, градусы

Рисунок Д.5 - Дифрактограмма образца BS_2/1_450 4 ч

Рисунок Д.6 - Дифрактограмма образца BS_2/1_600

градусы

Рисунок Д.7 - Дифрактограмма образца BS_2/1,5_400

2 0, градусы

Рисунок Д.8 - Дифрактограмма образца BS_2/1,5_600