Збуджена лазером екситонна люмiнесценцiя нанокристалiчних порошкiв TiO2
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe59.03.0246Ключові слова:
titanium dioxide, anatase, rutile, UV-vis spectroscopy, photoluminescenceАнотація
Оптичне поглинання i фотолюмiнесценцiя дiоксиду титану TiO2 вивчалися при кiмнатнiй температурi. Нанокристалiчнi порошки TiO2 були синтезованi зi структурою чистого анатазу або рутилу. Зразки було дослiджено методами рентгенiвської дифракцiї, рентгенiвської флуоресценцiї, спектроскопiї комбiнацiйного розсiювання свiтла, оптичного поглинання i фотолюмiнесценцiї (ФЛ). Спектри ФЛ дослiджувалися при iнтенсивному УФ (3,68 еВ) збудженнi N2 лазером. Деякi цiкавi особливостi в спектрах ФЛ, в тому числi пiки екситонних i мiжзонних переходiв в TiO2 з високим спектральним роздiленням, спостерiгалися, за нашими даними, вперше. Показано, що смуги ФЛ, в тому числi пiки при 2,71–2,81 еВ, i їх фононнi повторення в спектрах анатазу i рутилу TiO2 виникають внаслiдок екситонної e− − ℎ+ рекомбiнацiї поблизу кисневих вакансiй. Екситонний пiк при 2,91 еВ вiднесено до рекомбiнацiї автолокалiзованих екситонiв в анатазi або вiльних екситонiв в рутилi TiO2. Пiки ФЛ у межах 3,0–3,3 еВ в анатазi TiO2 приписано до непрямих дозволених переходiв внаслiдок зона-зона e−−ℎ+ рекомбiнацiї. Пiки при 3,03 еВ i 3,26 еВ вiднесено до емiсiї вiльних екситонiв поблизу фундаментального краю поглинання рутилу i анатазу TiO2 вiдповiдно. Обговорено вплив кристалiчної структури TiO2 на спектри ФЛ.
Посилання
X. Chen and S.S. Mao, Chem. Rev. 107, 2891 (2007).
https://doi.org/10.1021/cr0500535
A. Fujishima, X. Zhang, and D.A. Tryk, Surf. Sci. Rep. 63, 515 (2008).
https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2008.10.001
U. Diebold, Surf. Sci. Rep. 48, 53 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0167-5729(02)00100-0
M. Anpo and Y. Kubokawa, Rev. Chem. Intermed. 8, 105 (1987).
https://doi.org/10.1007/BF03155662
D.K. Pallotti, E. Orabona, S. Amoruso, C. Aruta, R. Bruzzese, F. Chiarella, S. Tuzi, P. Maddalena, and S. Lettieri, J. Appl. Phys. 114, 043503 (2013).
https://doi.org/10.1063/1.4816251
L. Chiodo, J.M. Garc’ıa-Lastra, A. Iacomino, S. Ossicini, J. Zhao, H. Petek, and A. Rubio, Phys. Rev. B 82, 045207 (2010).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.045207
H. Tang, H. Berger, P.E. Schmid, and F. Levy, Solid State Commun. 87, 847 (1993).
https://doi.org/10.1016/0038-1098(93)90427-O
M. Watanabe, T. Hayashi, H. Yagasaki, and S. Sasaki, Int. J. Mod. Phys. B 15, 3997 (2001).
https://doi.org/10.1142/S0217979201009190
L.G.J. De Haart and G. Blasse, J. Solid State Chem. 61, 135 (1986).
https://doi.org/10.1016/0022-4596(86)90015-0
A. Amtout and R. Leonelli, Phys. Rev. B 51, 6842 (1995).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.51.6842
V. Melnyk, V. Shymanovska, G. Puchkovska, T. Bezrodna, and G. Klishevich, J. Mol. Struct. 744-747, 573 (2005).
https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2004.12.030
N. Serpone, D. Lawless, and R. Khairutdinov, J. Phys. Chem. 99, 16646 (1995).
https://doi.org/10.1021/j100045a026
L.V. Saraf, S.I. Patil, S.B. Ogale, S.R. Sainkar, and S.T. Kshirsager, Int. J. Mod. Phys. B 12, 2635 (1998).
https://doi.org/10.1142/S0217979298001538
V.V. Shimanovskaya, A.A. Dvernyakova, and V.V. Strelko, Izv. AN SSSR, Neorg. Mater. 24, 1188 (1988).
S.P.S. Porto, P.A. Fleury, and T.C. Damen, Phys. Rev. 154, 522 (1967).
https://doi.org/10.1103/PhysRev.154.522
M. Gotic, M. Ivanda, S. Popovic, S. Music, A. Sekulic, A. Turkovic, and K. Furic, J. Raman Spectr. 28, 555 (1997).
U. Balachandran and N.G. Eror, J. Solid State Chem. 42, 276 (1982).
https://doi.org/10.1016/0022-4596(82)90006-8
J.C. Parker and R.W. Siegel, Appl. Phys. Lett. 57, 943 (1990).
https://doi.org/10.1063/1.104274
A.K. Ghosh, F.G. Wakim, and R.R. Addiss, jr., Phys. Rev. 184, 979 (1969).
https://doi.org/10.1103/PhysRev.184.979
V.M. Khomenko, K. Langer, H. Rager, and A. Fett, Phys. Chem. Miner. 25, 338 (1998).
https://doi.org/10.1007/s002690050124
N. Daude, C. Gout, and C. Jouanin, Phys. Rev. B 15, 3229 (1977).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.15.3229
H. Tang, H. Berger, P.E. Schmid, and F. Levy, Solid State Commun. 92, 267 (1994).
https://doi.org/10.1016/0038-1098(94)90889-3
K. Vos and H.J. Krusemeyer, Solid State Commun. 15, 949 (1975).
https://doi.org/10.1016/0038-1098(74)90701-7
M. Anpo, N. Aikawa, Y. Kubokawa, M. Che, C. Louis, and E. Giamello, J. Phys. Chem. 89, 5017 (1985).
https://doi.org/10.1021/j100269a025
Y. Zhu, C. Ding, G. Ma, and Z. Du, J. Solid State Chem. 139, 124 (1998).
https://doi.org/10.1006/jssc.1998.7816
F. Dong, W. Zhao, Z. Wu, and S. Guo, J. Hazard. Mater. 162, 763 (2009).
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.05.099
T. Sekiya, M. Igarashi, S. Kurita, S. Takekawa, and M. Fujisawa, J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 92, 247 (1998).
https://doi.org/10.1016/S0368-2048(98)00130-3
K.V. Baiju, A. Zachariah, S. Shukla, S. Biju, M.L.P. Reddy, and K.G.K. Warrier, Catal. Lett. 130, 130 (2009).
https://doi.org/10.1007/s10562-008-9798-5
N.D. Abazovic, M.I. Comor, M.D. Dramicanin, D.J. Jovanovic, S.P. Ahrenkiel, and J.M. Nedeljkovic, J. Phys. Chem. B 110, 25366 (2006).
https://doi.org/10.1021/jp064454f
H-Y. Lee, W-L. Lan, T.Y. Tseng, D. Hsu, Y-M. Chang, and J.G. Lin, Nanotechnology 20, 315702 (2009).
https://doi.org/10.1088/0957-4484/20/31/315702
P.C. Ricci, C.M. Carbonaro, L. Stagi, M. Salis, A. Casu, S. Enzo, and F. Delogu, J. Phys. Chem. C 117, 7850 (2013).
https://doi.org/10.1021/jp312325h
A.N. Gruzintsev and W.T. Volkov, Semiconduct. 45, 1420 (2011).
https://doi.org/10.1134/S1063782611110121
N.M. Rahman, K.M. Krishna, T. Soga, T. Jimbo, and M. Umeno, J. Phys. Chem. Solids 60, 201 (1999).
https://doi.org/10.1016/S0022-3697(98)00264-9
Y. Lei, D. Zhang, G.W. Meng, G.H. Li, X.Y. Zhang, C.H. Liang, W. Chen, and S.X. Wang, Appl. Phys. Lett. 78, 1125 (2001).
https://doi.org/10.1063/1.1350959
A. Janotti, J.B. Varley, P. Rinke, N. Umezawa, G. Kresse, and C.G. Van de Walle, Phys. Rev. B 81, 085212 (2010).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.085212
L. Kernazhitsky, V. Shymanovska, T. Gavrilko, V. Naumov, V. Kshnyakin, and T. Khalyavka, J. Solid State Chem. 198, 511 (2013).
https://doi.org/10.1016/j.jssc.2012.11.015
L. Kernazhitsky, V. Shymanovska, T. Gavrilko, V. Naumov, and V. Kshnyakin, Ukr. J. Phys. Opt. 14, 15 (2013).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
