Thermal reactions in mixtures of micron-sized silicon monoxide and titanium monoxide: redox paths overcoming passivation shells

Směsné oxidy a kompozity oxidu TiO2/SiO2 byly intenzivně studovány, zatímco kekich protějšky oxidu titanatého (TiO) a oxidu křemnatého (SiO) stále zůstávají neprozkoumány. Tato studie odhaluje strukturální změny ve zahřátých směsích SiO-TiO. Změny složení ve smísených mikro-částicích TiO a SiO zahřívaných při 1000 ° C byly zkoumány pomocí FTIR, UV-Vis a Ramanovy spektroskopie, rentgenové difrakce a elektronové mikroskopie (SEM a TEM). Ukazuje se, že dochází k úbytku krystalického TiO a tvorbě suboxidů titanu (Ti2.5O3, Ti2O3), rutilu, elementárního křemíku, silicidu titanu Ti5Si3 a amorfních binárních SiOx, TiOx a ternárních nanostruktur SixTiyOz. Tvorba tohoto Si/Ti/O kompozitu je vysvětlena disproprciací SiO, redukcí TiO křemíkem, přenosem kyslíku (redoxní reakce) mezi TiOx a SiOx a kombinací Ti a Si k získání silicidu titanu. Vytvořený Si/Ti/O kompozit absorbuje viditelné světlo a jeho fotokatalytická aktivita ve slunečním záření byla testována na odbarvování methylenové modři (bBlue) a porovnávána s práškem nezahřátého SiO, TiO a Ti5Si3. Silica–titania mixed oxides and composites have been extensively studied, whereas the titanium monoxide (TiO)–silicon monoxide (SiO) counterparts still remain to be explored. Here, we report on structural changes in heated SiO–TiO mixtures. The changes in composition in intimately mixed μm-sized particles of TiO and SiO heated at 1000 °C were examined by FTIR, UV–Vis and Raman spectroscopy, X-ray diffraction and electron (SEM and TEM) microscopy. They are shown to involve depletion of crystalline TiO and formation of titanium suboxides (Ti2.5O3, Ti2O3), rutile, elemental silicon, titanium silicide Ti5Si3 and amorphous binary SiOx, TiOx and ternary SixTiyOz nano-structures. These constituents of the developed Si/Ti/O composite are explained by SiO disproportionation, reduction of TiO by silicon, oxygen transfer (redox) reactions between TiOx and SiOx species and the combination of Ti and Si to obtain titanium silicide. The produced Si/Ti/O composite absorbs visible light and its solar-light photocatalytic activity in decolorization of methylene bBlue is compared to that of the unheated SiO, TiO and Ti5Si3 powders.