CC BY
4Научная статья УДК 621.359.3
doi:10.24151/1561-5405-2024-29-3-290-299 EDN: AFDOSW
Формирование композитных слоев TiO2-ZnO с повышенной фоточувствительностью методом электрофоретического осаждения
1 112 К. И. Пак , Л. И. Сорокина , А. В. Кузьмин , Р. М. Рязанов ,
Е. П. Кицюк2, С. В. Дубков1, Д. Г. Громов1'3
1 Национальный исследовательский университет «МИЭТ»,
г. Москва, Россия
2
2НПК «Технологический центр», г. Москва, Россия Первый Московский государственный медицинский университет имени И. М. Сеченова Минздрава России, г. Москва, Россия
Аннотация. Повышение фоточувствительности диоксида титана TiO2 за счет смещения спектра поглощения в длинноволновую область солнечного спектра является актуальной задачей. Решение данной проблемы возможно благодаря модифицированию TiO2, например, с помощью создания гетероструктур с другим полупроводниковым материалом. В работе представлена разработка методики формирования фоточувствительных композитных слоев ТЮ2-2пО электрофоретическим осаждением. Приведены результаты изучения фоточувствительности образцов ТЮ2 и ТЮ2-2пО на кремниевой подложке, покрытой углеродными нанотрубками. Формирование композитных слоев ТЮ2-2пО методом электрофоретического осаждения проведено с использованием стабилизирующих добавок: лаурил-сульфата натрия и гидроксипропилцеллюлозы. В результате получены слои композитного материала TiO2-ZnO / углеродные нанотрубки, морфология которых изучена методом растровой электронной спектроскопии. Установлено, что добавление 50 масс. % оксида цинка 2пО в суспензию обеспечивает формирование композитного материала ТЮ2-2пО с содержанием 2пО 30 масс. %. Исследование фоточувствительности полученного слоя методом хроноамперометрии показало увеличение генерируемого фототока в пять раз при использовании полного спектра ксеноновой лампы по сравнению с аналогичной структурой на основе коммерческого ТЮ2 P25.
Ключевые слова: диоксид титана, оксид цинка, электрофоретическое осаждение, фоточувствительные материалы
Финансирование работы: работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 22-19-00654).
Для цитирования: Формирование композитных слоев ТЮ2-2пО с повышенной фоточувствительностью методом электрофоретического осаждения / К. И. Пак, Л. И. Сорокина, А. В. Кузьмин и др. // Изв. вузов. Электроника. 2024. Т. 29. № 3. С. 290-299. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2024-29-3-290-299. - ББ№ AFDOSW.
© К. И. Пак, Л. И. Сорокина, А. В. Кузьмин, Р. М. Рязанов, Е. П. Кицюк, С. В. Дубков, Д. Г. Громов, 2024
Original article
Formation of composite TiO2-ZnO layers with increased photosensitivity by electrophoretic deposition
1 * 1 * 1 2 K. I. Pak , L. I. Sorokina , A. V. Kuzmin , R. M. Ryazanov ,
E. P. Kitsyuk2, S. V. Dubkov1, D. G. Gromov1,3
1National Research University of Electronic Technology, Moscow, Russia
2 a УУ
SMC "Technological Centre ", Moscow, Russia
I. M. Sechenov First Moscow State Medical University, Moscow, Russia [email protected]
Abstract. Enhancing the photosensitivity of titanium dioxide TiO2 by shifting the absorption spectrum to the long-wave region of the solar spectrum is a critical task. Solution to this problem is possible through the modification of TiO2, e. g. by formation of heterostructures with another semiconductor material. In this work, the development of a technique for the formation of photoactive TiO2-ZnO composite layers using electrophoretic deposition is presented. The results of studying the photosensitivity of TiO2 and TiO2-ZnO samples on a silicon substrate coated with carbon nanotubes are given. The formation of TiO2-ZnO composite layers by electrophoretic deposition was carried out using stabilizing additives: sodium lauryl sulfate and hydroxypropylcellulose. As a result the layers of TiO2-ZnO/carbon nanotubes composite material were obtained; their morphology was studied by SEM. It was demonstrated that the addition of 50 wt. % zinc oxide ZnO to the suspension provides the formation of TiO2-ZnO composite material with ZnO content of 30 wt. %. The study of obtained layer's photosensitivity by chronoamperometry has shown an increase in the generated photocurrent by 5 times when using the full spectrum of a xenon lamp in comparison with a similar structure based on commercial TiO2 P25.
Keywords: titanium dioxide TiO2, zinc oxide ZnO, electrophoretic deposition, photosensitive materials
Funding: the work has been supported by the Russian Science Foundation (project no. 22-19-00654).
For citation: Pak K. I., Sorokina L. I., Kuzmin A. V., Ryazanov R. M., Kitsyuk E. P., Dubkov S. V., Gromov D. G. Formation of composite TiO2-ZnO layers with increased photosensitivity by electrophoretic deposition. Proc. Univ. Electronics, 2024, vol. 29, no. 3, pp. 290-299. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2024-29-3-290-299. -EDN: AFDOSW.
Введение. Необходимость уменьшения антропогенных загрязнений окружающей среды и выбросов углекислого газа обусловливает создание «зеленых» технологий [1]. Одно из направлений развития таких технологий - разработка новых фоточувствительных материалов [2], которые могут быть использованы для производства самоочищающихся поверхностей [3], сенсоров [4], солнечных элементов [5], а также для разложения органических загрязнителей [6] и генерации водорода [7]. Фоточувстви-
тельные материалы применяются в альтернативной энергетике [8], позволяющей уменьшить использование традиционной энергетики или полностью ее заменить.
Один из традиционных фоточувствительных материалов - диоксид титана TiO2. Он характеризуется высокой химической стабильностью, высокой фоточувствительностью, нетоксичностью [9]. Однако ввиду того, что TiO2 поглощает только УФ-излучение (ширина запрещенной зоны 3,0-3,2 эВ в зависимости от модификации) [10], которое составляет примерно 5-8 % от естественного света, его эффективность как фоточувствительного материала при использовании солнечного света невысока. Для повышения фоточувствительности диоксида титана используют порошок TiO2 P25, состоящий из 80 % анатаза и 20 % рутила [10]. Порошок широко используется в промышленности благодаря уменьшению рекомбинации электронно-дырочных пар и наличию смешанных фаз [11]. Для повышения эффективности TiO2 проводят его модификацию, например, оксидами металлов. В таких композитах эффективность повышается в основном за счет гетероперехода [12]. К применяемым оксидам металлов относится оксид цинка ZnO, имеющий хорошую фоточувствительность, большую энергию связи экситона (60 мВ) и широкую запрещенную зону [13, 14].
В работах [15, 16] приводится информация о повышении фотокаталитической активности композиционных слоев TiO2-ZnO по сравнению с чистыми слоями TiO2 и ZnO. Дополнительно повысить эффективность фотокаталитических реакций можно, создав гетероструктуру фотокатализатора с углеродными нанотрубками (УНТ) [17-19]. УНТ имеют широкий спектр поглощения и могут служить эффективными ловушками для фотогенерированных электронов из TiO2 и ZnO [20], что снижает рекомбинацию пар электрон - дырка и повышает вероятность фотокаталитических реакций. В работе [21] представлен результат повышенной фотокаталитической активности композиционных слоев ТЮ2/УНТ, сформированных методом электрофоретического осаждения (ЭФО).
В настоящей работе исследуются гетероструктуры TiO2-ZnO/yHT и ТЮ2/УНТ и разрабатывается простая методика формирования композиционных слоев TiO2-ZnO методом ЭФО с управляемым составом для повышения фоточувствительности слоев на основе TiO2.
Эксперимент. Для изготовления суспензии использовали изопропиловый спирт в качестве растворителя, нанопорошки TiO2 P25 (Evonik) с размером частиц 25 нм, ZnO (Sigma-Aldrich) с размером частиц менее 100 нм и стабилизирующие добавки лаурил-сульфата натрия (ЛСН) и гидроксипропилцеллюлозы (ГПЦ). Загрузка нанопорошков составляла 1 г/л во всех случаях. Суспензию обрабатывали с помощью погружного ультразвукового диспергатора УЗТА-0,1/28-О мощностью 100 Вт в течение 1 ч. ЭФО проводили в потенциостатическом режиме в электрофоретической ячейке, состоящей из источника тока KEYSIGHT B2912A, емкости с суспензией и электродов. Методика формирования слоев TiO2 разработана и подробно описана в работе [22]. Осаждение TiO2 проводили из суспензии на основе изопропилового спирта с добавлением ЛСН (0,1 мг ЛСН на 1 мг TiO2).
Для разработки методики осаждения TiO2-ZnO провели серию экспериментов ЭФО на подложке из нержавеющей стали. Подложки предварительно обработали в ультразвуковой ванне в ацетоне и деионизованной воде, после чего протравили в растворе HF:NO3:H2O (1 % HF, 13 % HNO3) при температуре 60 °С в течение 15 мин. Далее подложки промывали в деионизованной воде и сушили в парах изопропилового спирта.
Для исследования фоточувствительности образцов сформировали слои площадью 1,75 см на подложках из монокристаллического кремния типа КЭФ-4,5, покрытых
УНТ. Синтез УНТ [23] проводили на установке PlasmаLabSystem 100 (Oxford Instruments, Великобритания) методом плазмостимулированного химического парофаз-ного осаждения. В качестве противоэлектродов использовали фольгу из нержавеющей стали. Полученные образцы отжигали при температуре 300 °С в воздушной атмосфере 1 ч. Морфологию и состав слоя исследовали на растровом электронном микроскопе JEOL JSM-6010 Plus/LA (Япония) с приставкой энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Съемку образцов проводили в режиме регистрации вторичных электронов при ускоряющем напряжении 20 кВ при увеличении 1000х и 7500х.
Для измерения фототока в полном спектре применяли комплекс для фотоэлектрохимических исследований SCS10-PEC-PR0 компании Zolix (Китай), включающий в себя электрохимическую ячейку объемом 150 мл с электродом сравнения AgCl/Ag и платиновым электродом. В качестве источника света использовали ксеноновую лампу мощностью 500 Вт. Мощность падающего излучения на поверхность образца составляла порядка 100 мВт/см . В качестве электролита использовали 0,1 М водного раствора Na2SO4.
Результаты и их обсуждение. Зарядные и диспергирующие добавки при использовании технологии ЭФО обеспечивают высокую электрофоретическую подвижность частиц и воспроизводимость процесса за счет хорошей стабильности суспензии. Для разработки состава суспензии с TiO2-ZnO проводили седиментационный анализ суспензий с различными стабилизирующими добавками и исследовали влияние количества добавок на скорость ЭФО. На рис. 1 представлены фотографии суспензий с TiO2-ZnO объемом 25 мл со стабилизирующими добавками и без них.
В суспензии без стабилизирующих добавок частицы остаются во взвешенном состоянии долгое время (рис. 1, а), однако процесса ЭФО не происходит. Седимента-ционный анализ показывает, что суспензия с содержанием только ЛСН оседает спустя 30 мин и является не пригодной для проведения процесса ЭФО (рис. 1, б). При добавлении только ГПЦ суспензия наиболее стабильная, однако частицы электрофоре-тически не осаждаются из-за недостаточного поверхностного заряда (рис. 1, в). Суспензия с ЛСН и ГПЦ остается стабильной более 2 ч (рис. 1, г), и частицы TiO2-ZnO электрофоретически осаждаются. Таким образом, сочетая ЛСН и ГПЦ, можно добиться повышения стабильности суспензии и поверхностного заряда частицы. Также установлено, что повышение концентрации ГПЦ приводит к повышению устойчивости суспензии, но в то же время уменьшается скорость ЭФО. Соотношение 0,04 мг ГПЦ на 1 мг TiO2-ZnO поддерживает необходимый баланс и выбрано в качестве оптимального. Для установления оптимального соотношения ЛСН проводили серию экспе-
Рис. 1. Суспензии без добавок (а), с добавками ЛСН (б), ГПЦ (в), ГПЦ + ЛСН (г) Fig. 1. Suspensions without additives (a), with SLS (b), HPC (c), HPC + SLS (d)
Напряженность,
Рис. 2. Зависимость скорости осаждения частиц от напряженности электрического поля при разных содержаниях ЛСН (• - 0,08 мг; ■ - 0,12 мг; ▲ - 0,16 мг) с добавлением 0,04 мг ГПЦ на 1 мг TiO2-ZnO
Fig. 2. Dependence of the particle deposition rate on the electric field strength at different contents of SLS (• - 0.08 mg; ■ - 0.12 mg; ▲ - 0.16 mg) with the addition of 0.04 mg of HPC per 1 mg of TiO2-ZnO
Рис. 3. Зависимость содержания ZnO в слое
от содержания ZnO в суспензии Fig. 3. Dependence of the content of ZnO in the layer on the content of ZnO in suspension
риментов ЭФО при одинаковом содержании ГПЦ 0,04 мг на 1 мг TiO2-ZnO и разных содержаниях ЛСН (рис. 2).
Из рис. 2 следует, что с ростом напряженности электрического поля скорость осаждения частиц возрастает линейно во всех случаях. С увеличением содержания ЛСН в суспензии скорость осаждения возрастает, однако перестает увеличиваться выше некоторого значения. Высокая скорость осаждения и минимальное количество примесей предпочтительны. Скорость осаждения при добавлении 0,12 мг и 0,16 мг ЛСН на 1 мг TiO2-ZnO примерно одинаковая. Следовательно, оптимальным соотношением ЛСН и ГПЦ в суспензии является 0,12 мг ЛСН и 0,04 мг ГПЦ на 1 мг TiO2-ZnO.
Методом ЭФО можно получать слои с определенным составом. Проведена серия экспериментов ЭФО из суспензий с разным массовым соотношением ZnO. Полученные слои исследовали методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. На рис. 3 приведена зависимость содержания ZnO в слое от содержания ZnO в суспензии. На основе данных рис. 3 можно прогнозировать состав композитов. Как видно, содержание ZnO в слое изменяется нелинейно в зависимости от содержания ZnO в суспензии. Это указывает на следующее: электрофоретическая подвижность частиц ZnO ниже, чем у ТЮ2. По результатам данных исследований в качестве контрольного образца для изучения фоточувствительности выбран состав суспензии с 50 масс. % ZnO, что обеспечило формирование композитного слоя с содержанием ZnO 30 масс. %.
На рис. 4 представлены РЭМ-изображения морфологии и профилей полученных образцов - слоев TiO2 и ТЮ2^пО с удельной массой 0,15 мг/см на кремниевых подложках с выращенным на них массивом УНТ. При удельной массе 0,15 мг/см слой не сплошной (рис. 4, а, б). Это важно для фотокаталитических приложений: непокрытые области УНТ будут активно участвовать при поглощении света и организации сепарированных областей окислительных и восстановительных реакций. Толщина слоев составила ~ 0,8 мкм, а общая толщина слоев с УНТ - около 2 мкм (см. рис. 4, в, г).
Рис. 4. РЭМ-изображения поверхности слоев TiO2 (а), TiO2-ZnO (б) и профилей TiO2 (в), TiO2-ZnO (г)
с удельной массой 0,15 мг/см2 Fig. 4. SEM images of the surface of the TiO2 (a), TiO2-ZnO (b) layers and the profiles of TiO2 (c), TiO2-ZnO (d) with a specific gravity of 0.15 mg/cm2
На рис. 5 показаны результаты исследования фототоков сформированных структур Tiü2/YHT и TiO2-ZnO/YHT. Исследования проводили в потенциостатическом режиме при нулевом напряжении относительно AgCl/Cl (3 М).
Из рис. 5 видно, что отдельно подложка Si + УНТ не генерирует фототок при освещении в отличие от образцов с TiO2 и TiO2-ZnO. В то же время при включении света появляется фототок на образцах со слоями TiO2 и TiO2-ZnO, а при выключении он исчезает. Фототок определяли по разности плотностей тока при освещении и без него. Плотность тока, отличная от нуля, в электрохимической ячейке связана с протекающими окислительно-восстановительными реакциями на поверхности электродов. При этом значение фототока для TiO2 составило примерно 2 мкА/см2, а для TiO2-ZnO -10 мкА/см2. Токовая чувствительность образца TiO2 и TiO2-ZnO составила порядка 2-10-5 и 1-10-4 А/Вт соответственно. Таким образом, добавление 30 масс. % ZnO повышает токовую чувствительность и фоточувствительность в пять
Рис. 5. Плотность тока слоев ТЮ2, ТЮ2-2пО в зависимости от времени освещения полным
Si + УНТ;----TiO2-ZnO;
• TiO-
2
спектром:
Fig. 5. Current density of TiO2, TiO2-ZnO layers depending on the full spectrum illumination time: Si + CNT;----TiO2-ZnO; • • • • TiO2
раз. Это говорит об улучшенном разделении и переносе фотогенерированных электронно-дырочных пар благодаря образованию гетероперехода TiO2-ZnO. Данный эффект также продемонстрирован в работе [15]. Следовательно, рассмотренный подход формирования гетероструктурной системы TiO2-ZnO/YHT позволяет добиться повышения фоточувствительности по сравнению с аналогичной структурой на основе TiO2/YHT и является перспективным для фотокаталитических приложений.
Заключение. С помощью разработанной методики формирования композитных фоточувствительных слоев TiO2-ZnO с разным соотношением с использованием ЭФО на проводящей подложке со стабилизирующими добавками выявлено следующее. Добавление ГПЦ повышает стабильность суспензии, а ЛСН увеличивает поверхностный заряд частицы. Зависимость содержания ZnO в слое TiO2-ZnO от его содержания в суспензии позволяет управлять составом осаждаемого слоя композиционного материала. Гетероструктурная система TiO2-ZnO/YHT продемонстрировала увеличение фоточувствительности в пять раз по сравнению с аналогичной структурой на основе TiO2.
Литература
1. Advancement of renewable energy technologies via artificial and microalgae photosynthesis / Y. Xie, K. Sh. Khoo, K. W. Chew et al. // Bioresour. Technol. 2022. Vol. 363. Art. ID: 127830. https://doi.org/10.1016/ j.biortech.2022.127830
2. Nuraje N. Photoactive nanomaterials // Nanomaterials. 2021. Vol. 11. Iss. 1. Art. No. 77. https://doi.org/ 10.3390/nano11010077
3. Padmanabhan N. T., John H. Titanium dioxide based self-cleaning smart surfaces: A short review // J. Environ. Chem. Eng. 2020. Vol. 8. Iss. 5. Art. ID: 104211. https://doi.org/10.1016/jjece.2020.104211
4. Review of ZnO-based nanomaterials in gas sensors / Y. Kang, F. Tu, L. Zhang et al. // Solid State Ion.
2021. Vol. 360. Art. ID: 115544. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2020.115544
5. Simple and low-cost Cu2S/TiO2 architecture for 3G ETA solar cell: Fabrication, characterization and their performance / V. S. Baviskar, D. B. Salunkhe, Ch. P. Nikam et al. // Nano-Structures & Nano-Objects.
2022. Vol. 32. Art. ID: 100919. https://doi.org/10.1016/j.nanoso.2022.100919
6. Shayegan Z., Lee C.-S., Haghighat F. TiO2 photocatalyst for removal of volatile organic compounds in gas phase - A review // Chem. Eng. J. 2018. Vol. 334. P. 2408-2439. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.09.153
7. Juliya A. P., Abdul Mujeeb V. M., Sreenivasan K. P., Muraleedharan K. Enhanced H2 evolution via photocatalytic water splitting using mesoporous TiO2/RuO2/CuO ternary nanomaterial // J. Photochem. Photobiol. 2021. Vol. 8. Art. ID: 100076. https://doi.org/10.1016/jjpap.2021.100076
8. Michal R., Sfaelou S., Lianos P. Photocatalysis for renewable energy production using PhotoFuelCells // Molecules. 2014. Vol. 19. Iss. 12. P. 19732-19750. https://doi.org/10.3390/molecules191219732
9. Samokhvalov A. Hydrogen by photocatalysis with nitrogen codoped titanium dioxide // Renew. Sust. Energ. Rev. 2017. Vol. 72. P. 981-1000. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.024
10. Recent developments of TiO2-based photocatalysis in the hydrogen evolution and photodegradation: A review / B. Bakbolat, Ch. Daulbayev, F. Sultanov et al. // Nanomaterials. 2020. Vol. 10. Iss. 9. Art. No. 1790. https://doi.org/10.3390/nano10091790
11. Ningthoukhongjam P., Nair R. G. Tuning the photocatalytic performance of Degussa P25 through phase ratio optimization // AIP Conf. Proc. 2019. Vol. 2162. Iss. 1. Art. No. 020032. https://doi.org/10.1063/ 1.5130242
12. Nolan M. Surface modification of TiO2 with metal oxide nanoclusters: A route to composite photocatalytic materials // Chem. Commun. 2011. Vol. 47. Iss. 30. P. 8617-8619. https://doi.org/10.1039/C1CC13243A
13. Nanostructures of metal oxides / I. M. Tiginyanu, O. Lupan, V. V. Ursaki et al. // Comprehensive Semiconductor Science and Technology / eds P. Bhattacharya et al. Vol. 3. Amsterdam: Elsevier Science, 2011. P. 396-479. https://doi.org/10.1016/B978-0-44-453153-7.00105-X
14. Optical and photocatalytic properties of composite TiO2/ZnO thin films / T. Giannakopoulou, N. Todorova, M. Giannouri et al. // Catal. Today. 2014. Vol. 230. P. 174-180. https://doi.org/10.1016/ j.cattod.2013.10.003
15. High-efficiency TiO2/ZnO nanocomposites photocatalysts by sol-gel and hydrothermal methods / N. Bai, X. Liu, Z. Li et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2021. Vol. 99. Iss. 1. P. 92-100. https://doi.org/10.1007/ s10971-021-05552-8
16. The TiO2-ZnO systems with multifunctional applications in photoactive processes - Efficient photocatalyst under UV-LED light and electrode materials in DSSCs / A. Kubiak, S. ZoUowska, A. Bartkowiak et al. // Materials. 2021. Vol. 14. Iss. 20. Art. No. 6063. https://doi.org/10.3390/ma14206063
17. Synthesis and characterization of CNT/TiO2/ZnO composites with high photocatalytic performance / Y. Huang, R. Li, D. Chen et al. // Catalysts. 2018. Vol. 8. Iss. 4. Art. No. 151. https://doi.org/10.3390/ catal8040151
18. Coating porous TiO2 films on carbon nanotubes to enhance the durability of ultrafine PtCo/CNT nanocatalysts for the oxygen reduction reaction / F. Cao, H. Zhang, X. Duan et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2022. Vol. 14. Iss. 46. P. 51975-51982. https://doi.org/10.1021/acsami.2c15517
19. Carbon nanotube-TiO2 thin films for photocatalytic applications / M. J. Sampaio, C. G. Silva, R. R. N. Marques et al. // Catalysis Today. 2011. Vol. 161. Iss. 1. P. 91-96. https://doi.org/10.1016/ j.cattod.2010.11.081
20. Recent progress on carbon-nanotube-based materials for photocatalytic applications: A review / J. Zhang, M. Dai, S. Zhang et al. // Sol. RRL. 2022. Vol. 6. Iss. 9. Art. ID: 2200243. https://doi.org/10.1002/ solr.202200243
21. Development of TiO2- and MWCNT based photocatalysts with Au and Cu clusters by electrophoretic deposition / L. I. Sorokina, E. A. Lebedev, S. V. Dubkov et al. // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. Vol. 1954. Art. No. 012048. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1954/1/012048
22. The composite TiO2-CuOx layers formed by electrophoretic method for CO2 gas photoreduction / L. I. Sorokina, A. M. Tarasov, A. I. Pepelyaeva et al. // Nanomaterials. 2023. Vol. 13. Iss. 14. Art. No. 2030. https://doi.org/10.3390/nano13142030
23. Influence of laser structuring and barium nitrate treatment on morphology and electrophysical characteristics of vertically aligned carbon nanotube arrays / A. Yu. Gerasimenko, E. P. Kitsyuk, A. V. Kuksin et al. // Diam. Relat. Mater. 2019. Vol. 96. P. 104-111. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2019.04.035
Статья поступила в редакцию 29.08.2023 г.; одобрена после рецензирования 07.09.2023 г.;
принята к публикации 10.04.2024 г.
Информация об авторах
Пак Кира Игоревна - студентка Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), [email protected]
Сорокина Лариса Ивановна - инженер Института перспективных материалов и технологий Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), [email protected]
Кузьмин Артем Валентинович - студент Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), [email protected]
Рязанов Роман Михайлович - инженер Института перспективных материалов и технологий Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), младший научный сотрудник научно - исследовательской лаборатории перспективных процессов НПК «Технологический центр» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7), [email protected]
Кицюк Евгений Павлович - кандидат технических наук, начальник научно-исследовательской лаборатории перспективных процессов НПК «Технологический центр» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7), [email protected]
Дубков Сергей Владимирович - кандидат технических наук, доцент Института перспективных материалов и технологий Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), sv.dubkov@gmail. com
Громов Дмитрий Геннадьевич - доктор технических наук, профессор Института перспективных материалов и технологий Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), старший научный сотрудник Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова Минздрава России (Россия, 119435, г. Москва, ул. Большая Пироговская, 2, стр. 4), [email protected]
References
1. Xie Y., Khoo K. Sh., Chew K. W., Devadas V. V., Phang S. J., Lim H. R., Rajendran S., Show P. L. Advancement of renewable energy technologies via artificial and microalgae photosynthesis. Bioresour. Technol., 2022, vol. 363, art. ID: 127830. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127830
2. Nuraje N. Photoactive nanomaterials. Nanomaterials, 2021, vol. 11, iss. 1, art. no. 77. https://doi.org/ 10.3390/nano11010077
3. Padmanabhan N. T., John H. Titanium dioxide based self-cleaning smart surfaces: A short review. J. Environ. Chem. Eng., 2020, vol. 8, iss. 5, art. ID: 104211. https://doi.org/10.1016/jjece.2020.104211
4. Kang Y., Yu F., Zhang L., Wang W., Chen L., Li Y. Review of ZnO-based nanomaterials in gas sensors. Solid State Ion., 2021, vol. 360, art. ID: 115544. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2020.115544
5. Baviskar V. S., Salunkhe D. B., Nikam Ch. P., Narkhede N. M., Jadhav Ch. D., Patil G. P., Patil R. S. Simple and low-cost Cu2S/TiO2 architecture for 3G ETA solar cell: Fabrication, characterization and their performance. Nano-Structures & Nano-Objects, 2022, vol. 32, art. ID: 100919. https://doi.org/10.1016/ j.nanoso.2022.100919
6. Shayegan Z., Lee C.-S., Haghighat F. TiO2 photocatalyst for removal of volatile organic compounds in gas phase - A review. Chem. Eng. J., 2018, vol. 334, pp. 2408-2439. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.09.153
7. Juliya A. P., Abdul Mujeeb V. M., Sreenivasan K. P., Muraleedharan K. Enhanced H2 evolution via photocatalytic water splitting using mesoporous TiO2/RuO2/CuO ternary nanomaterial. J. Photochem. Photobiol., 2021, vol. 8, art. ID: 100076. https://doi.org/10.1016/jjpap.2021.100076
8. Michal R., Sfaelou S., Lianos P. Photocatalysis for renewable energy production using PhotoFuelCells. Molecules, 2014, vol. 19, iss. 12, pp. 19732-19750. https://doi.org/10.3390/molecules191219732
9. Samokhvalov A. Hydrogen by photocatalysis with nitrogen codoped titanium dioxide. Renew. Sust. Energ. Rev., 2017, vol. 72, pp. 981-1000. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.024
10. Bakbolat B., Daulbayev Ch., Sultanov F., Beissenov R., Umirzakov A., Mereke A., Bekbaev A., Chu-prakov I. Recent developments of TiO2-based photocatalysis in the hydrogen evolution and photodegradation: A review. Nanomaterials, 2020, vol. 10, iss. 9, art. no. 1790. https://doi.org/10.3390/nano10091790
11. Ningthoukhongjam P., Nair R. G. Tuning the photocatalytic performance of Degussa P25 through phase ratio optimization. AIP Conf. Proc., 2019, vol. 2162, iss. 1, art. no. 020032. https://doi.org/10.1063/ 1.5130242
12. Nolan M. Surface modification of TiO2 with metal oxide nanoclusters: a route to composite photocatalytic materials. Chem. Commun., 2011, vol. 47, iss. 30, pp. 8617-8619. https://doi.org/10.1039/C1CC13243A
13. Tiginyanu I. M., Lupan O., Ursaki V. V., Chow L., Enachi M. Nanostructures of metal oxides. Comprehensive Semiconductor Science and Technology, eds P. Bhattacharya et al. Vol. 3. Amsterdam, Elsevier Science, 2011, pp. 396-479. https://doi.org/10.1016/B978-0-44-453153-7.00105-X
14. Giannakopoulou T., Todorova N., Giannouri M., Yu J., Trapalis C. Optical and photocatalytic properties of composite TiO2/ZnO thin films. Catal. Today, 2014, vol. 230, pp. 174-180. https://doi.org/10.1016/ j.cattod.2013.10.003
15. Bai N., Liu X., Li Z., Ke X., Zhang K., Wu Q. High-efficiency TiO2/ZnO nanocomposites photocatalysts by sol-gel and hydrothermal methods. J. Sol-Gel Sci. Technol., 2021, vol. 99, iss. 1, pp. 92-100. https://doi.org/10.1007/s10971-021-05552-8
16. Kubiak A., Zoltowska S., Bartkowiak A., Gabala E., Sacharczuk N., Zalas M., Siwinska-Ciesielczyk K., Jesionowski T. The TiO2-ZnO systems with multifunctional applications in photoactive proceses - Efficient photocatalyst under UV-LED light and electrode materials in DSSCs. Materials, 2021, vol. 14, iss. 20, art. no. 6063. https://doi.org/10.3390/ma14206063
17. Huang Y., Li R., Chen D., Hu X., Chen P., Chen Z., Li D. Synthesis and characterization of CNT/TiO2/ZnO composites with high photocatalytic performance. Catalysts, 2018, vol. 8, iss. 4, art. no. 151. https://doi.org/10.3390/catal8040151
18. Cao F., Zhang H., Duan X., Li X., Ding R., Hua K., Rui Zh., Wu Y. et al. Coating porous TiO2 films on carbon nanotubes to enhance the durability of ultrafine PtCo/CNT nanocatalysts for the oxygen reduction reaction. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, vol. 14, iss. 46, pp. 51975-51982. https://doi.org/10.1021/ acsami.2c15517
19. Sampaio M. J., Silva C. G., Marques R. R. N., Silva A. M. T., Faria J. L. Carbon nanotube-TiO2 thin films for photocatalytic applications. Catalysis Today, 2011, vol. 161, iss. 1, pp. 91-96. https://doi.org/10.1016/ j.cattod.2010.11.081
20. Zhang J., Dai Ming., Zhang S., Dai Meng, Zhang P., Wang S., He Z. Recent progress on carbon-nanotube-based materials for photocatalytic applications: A review. Sol. RRL, 2022, vol. 6, iss. 9, art. ID: 2200243. https://doi.org/10.1002/solr.202200243
21. Sorokina L. I., Lebedev E. A., Dubkov S. V., Savitskiy A. I., Maniecki T., Kedziora A., Gromov D. G. Development of TiO2- and MWCNT based photocatalysts with Au and Cu clusters by electrophoretic deposition. J. Phys.: Conf. Ser., 2021, vol. 1954, art. no. 012048. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1954/1Z012048
22. Sorokina L. I., Tarasov A. M., Pepelyaeva A. I., Lazarenko P. I., Trifonov A. Yu., Savchuk T. P., Kuzmin A. V., Tregubov A. V. et al. The composite TiO2-CuOx layers formed by electrophoretic method for CO2 gas photoreduction. Nanomaterials, 2023, vol. 13, iss. 14, art. no. 2030. https://doi.org/10.3390/nano13142030
23. Gerasimenko A. Yu., Kitsyuk E. P., Kuksin A. V., Ryazanov R. M., Savitskiy A. I., Savelyev M. S., Pavlov A. A. Influence of laser structuring and barium nitrate treatment on morphology and electrophysical characteristics of vertically aligned carbon nanotube arrays. Diam. Relat. Mater., 2019, vol. 96, pp. 104-111. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2019.04.035
The article was submitted 29.08.2023; approved after reviewing 07.09.2023;
accepted for publication 10.04.2024.
Information about the authors
Kira I. Pak - Student, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), [email protected]
Larisa I. Sorokina - Engineer of the Institute of Advanced Materials and Technologies, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), [email protected]
Artyom V. Kuzmin - Student, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), [email protected]
Roman M. Ryazanov - Engineer of the Institute of Advanced Materials and Technologies, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), Junior Scientific Researcher of the Research Laboratory of Advanced Processes, SMC "Technological Centre" (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1, bld. 7), [email protected]
Evgeny P. Kitsyuk - Cand. Sci. (Eng.), Head of the Research Laboratory of Advanced Processes, SMC "Technological Centre" (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), [email protected]
Sergey V. Dubkov - Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof. of the Institute of Advanced Materials and Technologies, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1, bld. 7), [email protected]
Dmitry G. Gromov - Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Institute of Advanced Materials and Technologies, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), Senior Scientific Researcher, I. M. Sechenov First Moscow State Medical University (Russia, 119435, Moscow Bolshaya Pirogovskaya st., 2, bld. 4), [email protected]
