Синтез, фото- и электрокаталитические свойства наноструктурных пленок Y-TiO₂

Воробец В.С., Колбасов Г.Я., Медик И.А., Гаращенко А.Ю., Карпенко С.В., Обловатная С.Я., Антонюк Н.Г.

Abstract

УДК 544.52:546.21

Синтезированные золь-гель технологией электрокаталитически активные пленки на основе нанодисперсного диоксида титана, модифицированного иттрием, были охарактеризованы методами рентгеновской дифракции (XRD) и спектроскопии фотоэлектрохимического тока. Результаты XRD показали, что TiO2 и Y-TiO2 порошки с содержанием Y до 5 мол.%, отожженные при 500 °C, имели кристаллическую структуру анатаза. Электроды на основе пленок Y-TiO2 были фоточувствительными в диапазоне длин волн 250–400 нм. Во всех исследованных образцах с содержанием Y ≤ 5 мол.% наблюдалось повышение значений квантового выхода фототока и смещение спектральных зависимостей фототока в длинноволновую часть спектра по сравнению с немодифицированным TiO2. Пленки Y-TiO2 отличались повышенной каталитической активностью в процессе электровосстановления кислорода, что проявлялось в уменьшении потенциала электровосстановления кислорода и увеличении динамического диапазона электровосстановления О2 по сравнению с пленками немодифицированного диоксида титана. Повышение электрокаталитической активности наблюдали при концентрации ионов иттрия до 1 мол.%. Установлена корреляция между фото- и электрокаталитическими свойствами и структурными изменениями, происходящими в пленках диоксида титана при модифицировании иттрием.

Ключевые слова: диоксид титана, иттрий, фоточувствительность, электровосстановление кислорода, каталитическая активность.

The electrocatalytically active films based on nanodispersed titanium dioxide modified by Y³⁺ions and synthesized by the sol-gel method were characterized by the X-ray diffraction (XRD) and ultraviolet-visible photocurrent spectra. Electrocatalytic properties of the TiO₂ and Y-TiO₂ electrodes were investigated during the process of oxygen electro-reduction. The XRD results indicated that the TiO₂ and Y-TiO₂ powders with the yttrium content of 0.5–5 mol% calcined at 500 °C had an anatase crystal structure, with the crystallite size of 10–12 nm. The electrodes based on the Y-TiO₂films were photosensitive in a wavelength range of 250–400 nm. For all investigated samples with the Y (III) content of ≤ 5 mol%, both an increase in the photocurrent quantum yield and a shift of spectra towards longer wavelengths vs. those of the undoped TiO₂ were observed. The photocurrent quantum yield for the Y-TiO₂ samples first increased and then decreased with increasing the Y (III) content, and reached its maximum with 2% Y-TiO₂ films. It was found that doping of the TiO₂ films by Y (III) improves the catalytic activity of the Y-TiO₂ electrodes in the reaction of oxygen electroreduction. A correlation between photo- and electrocatalytic properties and structural changes occurring in the TiO₂ films upon yttrium doping has been revealed.

Keywords: titanium dioxide, yttrium, photosensitivity, electroreduction of oxygen, catalytic

Download full-text PDF. 280 downloads

Menu

Vol. 58 (2022), Issue 1, p. 15-21

Синтез, фото- и электрокаталитические свойства наноструктурных пленок Y-TiO2

Abstract

Синтез, фото- и электрокаталитические свойства наноструктурных пленок Y-TiO₂