Влияние способа модификации TiO2 нанотрубок наночастицами Cu2O на их активность в реакции фотоэлектрохимического разложения воды

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Получены электроды на основе массивов нанотрубок TiO2, модифицированных Cu2O, полупроводником p-типа (p-Cu2O), для процесса фотоэлектрохимического разложения воды. Предложено использовать метод циклической вольтамперометрии (ЦВА) для осаждения наночастиц p-Cu2O, что позволяет добиться более равномерного распределения частиц по внутренней и внешней поверхности нанотрубок TiO2. Измерения эффективности преобразования фотонов в ток (IPCE) в области 365–660 нм показали, что предложенный метод существенно увеличивает фотоактивность в области видимого света по сравнению с известным методом потенциостатического осаждения. Величина IPCE составила 0.18% при длине волны 523 нм, что в 7 и 45 раз выше, чем для потенциостатически модифицированного и исходного образцов соответственно. В условиях постоянного облучения видимым светом с длиной волны 523 нм при потенциале 0.2 В (Ag/AgCl(нас.)) в течение 5 ч наблюдается переход Cu2O в CuO, что сопровождается снижением плотности фототока.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. А. Зосько

Институт химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: rtkm.1@mail.ru
Россия, Академгородок, 50, стр. 24, Красноярск, 660036

А. С. Александровский

Институт физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН; Сибирский федеральный университет

Email: rtkm.1@mail.ru
Россия, Академгородок, 50, стр. 38, Красноярск, 660036; просп. Свободный, 79, Красноярск, 660041

Т. А. Кенова

Институт химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: kta@icct.ru
Россия, Академгородок, 50, стр. 24, Красноярск, 660036

М. А. Герасимова

Сибирский федеральный университет

Email: rtkm.1@mail.ru
Россия, просп. Свободный, 79, Красноярск, 660041

Н. Г. Максимов

Институт химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: rtkm.1@mail.ru
Россия, Академгородок, 50, стр. 24, Красноярск, 660036

А. М. Жижаев

Институт химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: rtkm.1@mail.ru
Россия, Академгородок, 50, стр. 24, Красноярск, 660036

О. П. Таран

Институт химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН; Сибирский федеральный университет

Email: rtkm.1@mail.ru
Россия, Академгородок, 50, стр. 24, Красноярск, 660036; просп. Свободный, 79, Красноярск, 660041

Список литературы

  1. Huang C.-W., Nguyen B.-S., Wu J.C.S., Nguyen V.-H. // Int. J. Hydrogen Energy. 2020. V. 45. № 36. P. 18144. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.08.121
  2. Perathoner S., Centi G. // Stud. Surf. Sci. Catal. 2020. V. 179. P. 415. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-64337-7.00021-5
  3. Thakur A., Ghosh D., Devi P., Kim K.-H., Kumar P. // Chem. Eng. J. 2020. V. 397. 125415. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.125415
  4. Berger T., Monllor-Satoca D., Jankulovska M., Lana-Villarreal T., Gómez R. // Chemphyschem. 2012. V. 13. № 12. P. 2824. https://doi.org/10.1002/cphc.201200073
  5. Qiu Y., Pan Z., Chen H., Ye D., Guo L., Fan Z., Yang S. // Sci. Bull. 2019. V. 64. № 18. P. 1348. https://doi.org/10.1016/j.scib.2019.07.017
  6. Macak J.M., Tsuchiya H., Ghicov A., Yasuda K., Hahn R., Bauer S., Schmuki P. // Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2007. V. 11. № 1. P. 3. https://doi.org/10.1016/j.cossms.2007.08.004
  7. Wawrzyniak J., Grochowska K., Karczewski J., Kupracz P., Ryl J., Dołęga A., Siuzdak K. // Surf. Coat. Technol. 2020. V. 389. 125628. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125628
  8. Ampelli C., Tavella F., Perathoner S., Centi G. // Chem. Eng. J. 2017. V. 320. P. 352. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.03.066
  9. Hou X., Jiang S., Li Y. // Appl. Catal. B: Environ. 2019. V. 258. 117949. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.117949
  10. Zhu L., Ma H., Han H., Fu Y., Ma C., Yu Z., Dong X. // RSC Adv. 2018. V. 8. № 34. P. 18992. http://dx.doi.org/10.1039/C8RA02983K
  11. Szkoda M., Trzciński K., Nowak A.P., Coy E., Wicikowski L., Łapiński M., Siuzdak K., Lisowska-Oleksiak A. // Electrochim. Acta. 2018. V. 278. P. 13. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.05.015
  12. de Brito J.F., Tavella F., Genovese C., Ampelli C., Zanoni M.V.B., Centi G., Perathoner S. // Appl. Catal. B: Environ. 2018. V. 224. P. 136. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.09.071
  13. Wang C.-C., Chou C.-Y., Yi S.-R., Chen H.-D. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 54. P. 28685. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.09.133
  14. Tsui L.-K., Zangari G. // Electrochim. Acta. 2014. V. 128. P. 341. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.09.150
  15. Rousseau R., Glezakou V.-A., Selloni A. // Nat. Rev. Mater. 2020. V. 5. № 6. P. 460. https://doi.org/10.1038/s41578-020-0198-9
  16. Berger T., Lana-Villarreal T., Monllor-Satoca D., Gómez R. // Electrochem. Commun. 2006. V. 8. P. 1713. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2006.08.006
  17. Kim C., Kim S., Hong S.P., Lee J., Yoon J. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2016. V. 18. № 21. P. 14370. http://dx.doi.org/10.1039/C6CP01799A
  18. Trang T.N.Q., Tu L.T.N., Man T.V., Mathesh M., Nam N.D., Thu V.T.H. // Composites, Part B. 2019. V. 174. 106969. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.106969
  19. Mor G.K., Varghese O.K., Wilke R.H.T., Sharma S., Shankar K., Latempa T.J., Choi K.-S., Grimes C.A. // Nano Lett. 2008. V. 8. № 7. P. 1906. https://doi.org/10.1021/nl080572y
  20. de Jongh P.E., Vanmaekelbergh D., Kelly J.J. // Chem. Commun. 1999. V. 12. P. 1069. http://dx.doi.org/10.1039/A901232J
  21. Garuthara R., Siripala W. // J. Lumin. 2006. V. 121. № 1. P. 173. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2005.11.010
  22. Han X., Han K., Tao M. // Electrochem. Solid-State Lett. 2009. V. 12. № 4. P. H89. https://doi.org/10.1149/1.3065976
  23. Qin Y., Zhang J., Wang Y., Shu X., Yu C., Cui J., Zheng H., Zhang Y., Wu Y. // RSC Adv. 2016. V. 6. P. 47669. http://dx.doi.org/10.1039/C6RA08891K
  24. Zhang J., Wang Y., Yu C., Shu X., Jiang L., Cui J., Chen Z., Xie T., Wu Y. // New J. Chem. 2014. V. 38. № 10. P. 4975. https://doi.org/10.1039/C4NJ00787E
  25. Tsui L.-K., Wu L., Swami N., Zangari G. // ECS Electrochem. Lett. 2012. V. 1. № 2. P. D15. https://dx.doi.org/10.1149/2.008202eel
  26. Zhao L., Dong W., Zheng F., Fang L., Shen M. // Electrochim. Acta. 2012. V. 80. P. 354. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.07.034
  27. Koiki B.A., Orimolade B.O., Zwane B.N., Nkosi D., Mabuba N., Arotiba O.A. // Electrochim. Acta. 2020. V. 340. 135944. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.135944
  28. Santamaria M., Conigliaro G., di Franco F., di Quarto F. // Electrochim. Acta. 2014. V. 144. P. 315. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2014.07.154
  29. Tsui L.-K., Zangari G. // Electrochim. Acta. 2013. V. 100. P. 220. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.07.058
  30. Liu Y., Zhou H., Li J., Chen H., Li D., Zhou B., Cai W. // Nano Micro Lett. 2010. V. 2. № 4. P. 277. https://doi.org/10.1007/BF03353855
  31. Lu H., Hu J., Zhang S., Long M., Tang A. // J. Electroanal. Chem. 2023. V. 949. 117842. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2023.117842
  32. Zos’ko N.A., Aleksandrovsky A.S., Kenova T.A., Gerasimova M.A., Maksimov N.G., Taran O.P. // ChemPhotoChem. 2023. V. 7. № 9. e202300100. https://doi.org/10.1002/cptc.202300100
  33. Wu L., Tsui L.-K., Swami N., Zangari G. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. № 26. P. 11551. https://doi.org/10.1021/jp103437y
  34. Siegfried M.J., Choi K.-S. // J. Electrochem. Soc. 2007. V. 154. № 12. P. D674. https://dx.doi.org/10.1149/1.2789394
  35. Stiedl J., Green S., Chassé T., Rebner K. // Appl. Spectrosc. 2018. V. 73. P. 59. https://doi.org/10.1177/0003702818797959
  36. Sun Y., Yan K.-P. // Int. J. Hydrogen Energy. 2014. V. 39. № 22. P. 11368. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.05.115
  37. Zhu H., Zhao M., Zhou J., Li W., Wang H., Xu Z., Lu L., Pei L., Shi Z., Yan S., Li Z., Zou Z. // Appl. Catal. B: Environ. 2018. V. 234. P. 100. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.04.040
  38. Zhang Z., Hedhili M.N., Zhu H., Wang P. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. V. 15. № 37. P. 15637. http://dx.doi.org/10.1039/C3CP52759J
  39. Tavella F., Ampelli C., Frusteri L., Frusteri F., Perathoner S., Centi G. // Catal. Today. 2018. V. 304. P. 190. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2017.08.036
  40. Zhou X., Liu N., Schmuki P. // ACS Catal. 2017. V. 7. № 5. P. 3210. https://doi.org/10.1021/acscatal.6b03709
  41. Hou Y., Li X.Y., Zhao Q.D., Quan X., Chen G.H. // Appl. Phys. Lett. 2009. V. 95. № 9. 093108. https://doi.org/10.1063/1.3224181
  42. Musselman K.P., Wisnet A., Iza D.C., Hesse H.C., Scheu C., MacManus-Driscoll J.L., Schmidt-Mende L. // Adv. Mater. 2010. V. 22. № 35. P. E254. https://doi.org/10.1002/adma.201001455
  43. Chang S.-S., Lee H.-J., Park H.J. // Ceram. Int. 2005. V. 31. № 3. P. 411. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2004.05.027

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. СЭМ-изображения образцов TiO2: а – TiO2NТ; б – CV-Cu2O/TiO2NТ; в – MP-Cu2O/TiO2NТ (на вставках: поперечное сечение пленки TiO2); г – рентгеновские дифрактограммы образца CV-Cu2O/TiO2NТ до (1) и после (2) облучения.

Скачать (4MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изображения СЭМ и ЭДС для образцов CV-Cu2O/TiO2NТ (а) и MP-Cu2O/TiO2NТ (б).

Скачать (5MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Спектры диффузного отражения (а) и функция Кубелки–Мунка (б) для образцов TiO2NТ, CV-Cu2O/TiO2NТ и MP-Cu2O/TiO2NТ.

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Вольтамперометрия с линейной разверткой потенциала 10 мВ/с (сплошная линия – фототок, прерывистая – темновой ток) (а) и хроноамперометрия при 0.2 В (Ag/AgCl(нас.)) (б) образцов TiO2NТ, CV-Cu2O/TiO2NТ и MP-Cu2O/TiO2NТ при облучении видимым светом с длиной волны 523 нм.

Скачать (1MB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры IPCE образцов TiO2NТ, CV-Cu2O/TiO2NТ и MP-Cu2O/TiO2NТ при Е = 0.2 В (Ag/AgCl(нас.)).

Скачать (471KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Спектры фотолюминесценции для образцов TiO2NТ (а), CV-Cu2O/TiO2NТ (б), MP-Cu2O/TiO2NТ (в). PL – фотолюминесценция, PLE – спектр возбуждения фотолюминесценции, exc. – возбуждение, em. – излучение.

Скачать (1MB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость плотности фототока процесса разложения воды на образцах TiO2NТ и CV-Cu2O/TiO2NТ от времени облучения видимым светом (λ = 523 нм) при Е = 0.2 В (Ag/AgCl(нас.)).

Скачать (400KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025