Characteristics and properties of TiO2–SiO2–Bi coatings on titanium formed by plasma electrolytic oxidation

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Film composites Ti/TiO₂–SiO₂–Bi were formed by the method of one-stage pulsed plasma electrolytic oxidation (PEO). The obtained samples were studied by the methods of X-ray phase analysis, energy-dispersive analysis, electron microscopy, diffuse reflectance and impedance spectroscopy. X-ray phase analysis showed that all PEO coatings contain metallic bismuth and titanium oxide in the modifications of rutile and anatase. It is shown that a change in the pulse duration has a significant effect on the morphology, elemental composition and optical properties of the coatings. Analysis of the Mott–Schottky diagrams showed that all the obtained composites are n-type semiconductors. For all bismuth-modified samples, a shift in the potentials of flat bands to the cathode region is observed compared to the unmodified sample, which indicates the formation of a Schottky barrier at the metal-semiconductor interface. The number of charge carriers (Nd) increases with increasing PEO pulse duration, but in all cases it is lower compared to the Ti/TiO2sample.It was found that modification of titanium dioxide films with bismuth leads to an improvement in their optical properties and the emergence of stable photocurrents under the action of visible light.

About the authors

D. P. Popov

Institute of Chemistry, FEB RAS; Far Eastern Federal University

Email: popov.dp@dvfu.ru
Vladivostok, Russia; Vladivostok, Russia

M. S. Vasilyeva

Institute of Chemistry, FEB RAS

Email: vasilevams@ich.dvo.ru
Vladivostok, Russia

V. S. Egorkin

Institute of Chemistry, FEB RAS

Email: egorkin@ich.dvo.ru
Vladivostok, Russia

V. G. Kuryavyi

Institute of Chemistry, FEB RAS

Email: kvg@ich.dvo.ru
Vladivostok, Russia

References

  1. Fujishima A., Honda K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode.Nature.1972;238:37–38. doi: 10.1038/238037a0.
  2. Kudo A., Miseki Y. Heterogeneous photocatalyst materials for water splitting.Chem. Soc. Rev.2009;38:253–278. doi: 10.1039/B800489G.
  3. Chen X., Mao S.S. Titanium dioxide nanomaterials: synthesis, properties, modifications, and applications.Chem. Rev.2007;107:2891–2959. doi: 10.1021/cr0500535.
  4. Henderson M.A. A surface science perspective on TiO₂ photocatalysis.Surf. Sci. Rep.2011;66:185–297. doi: 10.1016/j.surfrep.2011.01.001.
  5. Khan S.U.M., Al-Shahry M., Ingler W.B. Efficient photochemical water splitting by a chemically modified n-TiO₂.Science.2002;73:349–361. doi: 10.1126/science.1075035.
  6. Charu N., Pankaj K., Jyoti R., Mohit S. Carbon-doped Titanium Dioxide Nanoparticles for Visible Light Driven Photocatalytic Activity.Appl. Surf. Sci.2021;554:149553. doi: 10.1016/j.apsusc.2021.149553.
  7. Liu G., Wang L., Yang H.G., Cheng H.-M., Lu G.Q. Titanium dioxide crystals with tailored facets.Chem. Rev.2014;114:9559–9612. doi: 10.1021/cr400621z.
  8. Li X., Yu J., Low J., Fang Y., Xiao J., Chen X. Engineering heterogeneous semiconductors for solar water splitting.J. Mater. Chem. A.2015;6:2485–2534. https://doi.org/10.1039/C4TA04461D
  9. Wang Q., Domen K. Particulate photocatalysts for light-driven water splitting: mechanisms, challenges, and design strategies.Chem. Rev.2020;120:919–985. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00201
  10. Jiang C., Moniz S.J.A., Wang A., Zhang T., Tang J. Photoelectrochemical devices for solar water splitting – materials and challenges.Chem. Soc. Rev.2017;15:4645–4660. doi: 10.1039/C6CS00306K.
  11. Vasilyeva M.S., Lukiyanchuk I. V., Sergeev A.A. et al. Plasma electrolytic synthesis and characterization of oxide coatings with MWO4(M = Co, Ni, Cu) as photo-Fenton heterogeneous catalysts.Surf. Coatings. Technol.2021;424. 127640. doi: 10.1016/J.SURFCOAT.2021.127640.
  12. Wang X., Li T.-T., Zheng Y.-Q. Co3O4nanosheet arrays treated by defect engineering for enhanced electrocatalytic water oxidation.Int. J. Hydrogen Energy.2018;43:2009–2017. doi: 10.1016/j.ijhydene.2017.12.023.
  13. Rajbhandari A., Manandhar K., Pradhananga R.R. Mott–Schottky Analysis of Laboratory Prepared Ag₂S–AgI Membrane Electrode.J. Nepal Chem. Soc.2013;28:89–93. doi: 10.3126/jncs.v28i0.8113.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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».