ELECTROCHEMICAL REDUCTION DOPING OF TiO2 NANOTUBES TO INCREASE THE EFFICIENCY OF PHOTOELECTROCHEMICAL WATER SPLITTING

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

TiO2 films being a 1D nanotube structure were obtained by electrochemical anodic oxidation of titanium foil. Electrochemical reduction activation of electrodes based on TiO2 nanotubes was carried out using the method of cyclic voltammetry (CV). The activated electrodes showed significantly higher current density and quantum efficiency of the photoelectrochemical water splitting compared to native TiO2 nanotubes. Electrochemical treatment of electrodes by the CV method leads to an increase in the photocurrent density from 4 to 14 times, depending on both the wavelength used and the applied potential. The analysis of  electrochemical impedance spectra showed that the increase in the photoelectrochemical process performance is due to an increase in the charge transfer rate at the semiconductor/electrolyte interface, as well as improved electronic conductivity of the oxide layer, which contributes to better charge carrier separation and a decrease in their recombination rate. 

作者简介

N. Zos’ko

Institute of Chemistry and Chemical Technology FRC KSC SB RAS

Email: rtkm.1@mail.ru
Krasnoyarsk, Russian Federation

T. Kenova

Institute of Chemistry and Chemical Technology FRC KSC SB RAS

Email: kta@icct.ru
Krasnoyarsk, Russian Federation

O. Taran

Institute of Chemistry and Chemical Technology FRC KSC SB RAS; Siberian Federal University

Email: kta@icct.ru
Krasnoyarsk, Russian Federation; Krasnoyarsk, Russian Federation

A. Zhizhaev

Institute of Chemistry and Chemical Technology FRC KSC SB RAS

编辑信件的主要联系方式.
Email: kta@icct.ru
Krasnoyarsk, Russian Federation

参考

  1. Chen, X., Liu, L., Yu, P.Y., and Mao, S.S., Increasing Solar Absorption for Photocatalysis with Black Hydrogenated Titanium Dioxide Nanocrystals, Science, 2011, vol. 331, p. 746 .
  2. Ying, D., Cao, R., Li, C., Tang, T., Li, K., Wang, H., Wang, Y., and Jia, J., Study of the photocurrent in a photocatalytic fuel cell for wastewater treatment and the effects of TiO2 surface morphology to the apportionment of the photocurrent., Electrochim. Acta, 2016, vol. 192, p. 319.
  3. Li, H., Chen, Z., Tsang, C. K., Li, Z., Ran, X., Lee, C., Nie, B., Zheng, L., Hung, T.F., Lu, J., Pan, B., and Li, Y., Electrochemical doping of anatase TiO2 in organic electrolytes for high-performance supercapacitors and photocatalysts, J. Mater. Chem., 2014, vol. 2, p. 229.
  4. Palmas, S., Polcaro, A.M., Ruiz, J.R., Pozzo, A.D., Mascia, M., and Vacca, A., TiO2 photoanodes for electrically enhanced water splitting, Internat. J. Hydrogen Energy, 2010, vol. 35, p. 6561.
  5. Sahoo, S. S., Mansingh, S., Babu, P., and Parida, K., Black titania an emerging photocatalyst: review highlighting the synthesis techniques and photocatalytic activity for hydrogen generation, Nanoscale Advances, 2021, vol. 3, p. 5487.
  6. Samioloa, L., Valigi, M., Gazzoli, D., and Amadelli, R., Photo-electro catalytic oxidation of aromatic alcohols on visible light-absorbing nitrogen-doped TiO2, Electrochim. Acta, 2010, vol. 55, no. 26. p. 7788.
  7. Xing, M.-Y., Li, W.-K., Wu, Y.-M., Zhang, J.-L., and Gong, X.-Q., Formation of New Structures and Their Synergistic Effects in Boron and Nitrogen Codoped TiO2 for Enhancement of Photocatalytic Performance, J. Phys. Chem. C, 2011, vol. 115, no. 16, p. 7858.
  8. Naldoni, A., Altomare, M., Zoppellaro, G., Liu, N., Kment, Š., Zbořil, R., and Schmuki, P., Photocatalysis with Reduced TiO2: From Black TiO2 to Cocatalyst-Free Hydrogen Production, ACS Catalysis, 2019, vol. 9, p. 345.
  9. Wang, Z., Wang, Z., Yang, C., Yang, C., Lin, T., Lin, T., Yin, H., Chen, P., Wan, D., Xu, F., Huang, F., Huang, F., Lin, J., Xie, X., and Jiang, M., Visible-light photocatalytic, solar thermal and photoelectrochemical properties of aluminium-reduced black titania, Energy and Environmental Sci., 2013, vol. 6, p. 3007.
  10. Shah, M., Zhu, Y., Fan, X., Zhao, J., Li, Y., Asim, S., and Wang, C., Facile Synthesis of Defective TiO2–x Nanocrystals with High Surface Area and Tailoring Bandgap for Visible-light Photocatalysis, Scientific Reports, 2015, vol. 5, p. 15804.
  11. Li, G., Lian, Z., Li, X., Xu, Y., Wang, W., Zhang, D., Tian, F., and Li, H., Ionothermal synthesis of black Ti3+-doped single-crystal TiO2 as an active photocatalyst for pollutant degradation and H2 generation, J. Mater. Chem. A, 2015, vol. 3, p. 3748.
  12. Panomsuwan, G., Watthanaphanit, A., Ishizaki, T., and Saito, N., Water-plasma-assisted synthesis of black titania spheres with efficient visible-light photocatalytic activity, Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, vol. 17, p. 13794.
  13. Nakajima, T., Nakamura, T., Shinoda, K., and Tsuchiya, T., Rapid formation of black titania photoanodes: pulsed laser-induced oxygen release and enhanced solar water splitting efficiency, J. Mater. Chem. A, 2014, vol. 2, no. 19, p. 6762.
  14. Yang, Y., Liao, J., Li, Y., Cao, X., Li, N., Wang, C., and Lin, S., Electrochemically self-doped hierarchical TiO2 nanotube arrays for enhanced visible-light photoelectrochemical performance: an experimental and computational study, RSC Advances, 2016, vol. 6, no. 52, p. 46871.
  15. Wu, H., Li, D., Zhu, X., Yang, C., Liu, D., Chen, X., Song, Y., and Lu, L., High-performance and renewable supercapacitors based on TiO2 nanotube array electrodes treated by an electrochemical doping approach, Electrochim. Acta, 2014, vol. 116, p. 129.
  16. Fabregat-Santiago, F., Barea, E.M., Bisquert, J., Mor, G.K., Shankar, K., and Grimes, C.A., High carrier density and capacitance in TiO2 nanotube arrays induced by electrochemical doping, J. Amer. Chem. Soc., 2008, vol. 130 34, p. 11312.
  17. Berger, T., Lana-Villarreal, T., Monllor-Satoca, D., and Gómez, R., Charge transfer reductive doping of nanostructured TiO2 thin films as a way to improve their photoelectrocatalytic performance, Electrochem. Commun., 2006, vol. 8, no. 11, p. 1713.
  18. Jankulovska - Petkovska, M., Berger, T., Wong, S., Gómez, R., and Lana-Villarreal, T., Trap States in TiO2 Films Made of Nanowires, Nanotubes or Nanoparticles: An Electrochemical Study, Chemphyschem : a Europ. j. chem. phys. and phys. chem., 2012, vol. 13, p. 3008.
  19. Zhu, H., Zhao, M., Zhou, J., Li, W., Wang, H., Xu, Z., Lu, L., Pei, L., Shi, Z., Yan, S., Li, Z., and Zou, Z., Surface states as electron transfer pathway enhanced charge separation in TiO2 nanotube water splitting photoanodes, Appl. Catal. B: Environmental, 2018, vol. 234, p. 100.
  20. Varghese, O.K. and Grimes, C.A., Appropriate strategies for determining the photoconversion efficiency of water photoelectrolysis cells: A review with examples using titania nanotube array photoanodes, Solar Energy Materials and Solar Cells, 2008, vol. 92, no. 4. p. 374.
  21. Yu, D., Zhang, Y., Wang, F., and Dai, J., Preparation of ZnO/two-layer self-doped black TiO2 nanotube arrays and their enhanced photochemical properties, RSC Advances, 2021, vol. 11, no. 4, p. 2307.
  22. Bredar, A., Chown, A., Burton, A., and Farnum, B., Electrochemical Impedance Spectroscopy of Metal Oxide Electrodes for Energy Applications, ACS Appl. Energy Mater., 2020, vol. 3, p. 66.
  23. Leshuk, T., Parviz, R., Everett, P., Krishnakumar, H., Varin, R.A., and Gu, F.X., Photocatalytic activity of hydrogenated TiO2, ACS Appl. Mater. & Interfaces, 2013, vol. 56, p. 1892.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2.

下载 (1MB)
3.

下载 (138KB)
4.

下载 (141KB)
5.

下载 (67KB)
6.

下载 (145KB)

版权所有 © Н.А. Зосько, Т.А. Кенова, О.П. Таран, А.М. Жижаев, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».