Fabrication of 3D nanoporous anodic titania as a promising photoelectrode material

Z uwagi na coraz intensywniejszy rozwój gospodarczy i stale powiększające się wymagania stawiane przez potencjalnych użytkowników, poszukuje się coraz to nowych nanomateriałów pozwalających na zwiększenie wydajności i funkcjonalności, z jednoczesną redukcją kosztów i rozmiarów rozmaitych urządzeń, struktur i systemów stosowanych w elektronice, medycynie, optyce czy przemyśle energetycznym. Jednym z takich materiałów jest nanoporowaty anodowy tlenek tytanu (ATO), otrzymywany na drodze anodyzacji. Budzi on ogromne zainteresowanie wśród badaczy na całym świecie, nie tylko ze względu na jego wysoce uporządkowaną strukturę powstającą w wyniku samoorganizacji, ale także z uwagi na funkcjonalne właściwości chemiczne i fizyczne, dzięki czemu może być z powodzeniem stosowany w fotokatalizie, fotowoltaice, poprzez różnego rodzaju sensory, aż po templaty (matryce) dla innych nanomateriałów. Zważywszy, na fakt, iż proces fabrykowania uporządkowanych nanostruktur na drodze elektrochemicznej anodyzacji, zwłaszcza na substracie tytanowym o strukturze 3D wymaga doboru wielu odpowiednich parametrów, w tym wartości przyłożonego potencjału, jak również czasu anodyzacji, kluczowym elementem jest optymalizacja metody. Biorąc pod uwagę powyższe, celem niniejszej pracy jest zbadanie oraz optymalizacja warunków procesu otrzymywania nanoporowatego tlenku tytanu(IV) o uporządkowanej strukturze nanoporów w wyniku anodyzacji siatki tytanowej w roztworze etano-1,2-diolu zawierającym jony fluorkowe. Ponadto otrzymane fotoelektrody zostaną poddane analizie fotoelektrochemicznej w oparciu o pomiar fotoprądów generowanych na powierzchni porowatego materiału elektrody w funkcji długości fali.

In view of the strong economic growth and constantly increasing requirements of the potential users, new nanomaterials are intensively prospect to increase productivity and functionality, with simultaneous reducing the cost and size of the various devices, structures and systems used in electronics, medicine, optics and the energy industry. One of such materials is nanoporous anodic titanium oxide (ATO), obtained by anodizing. It raises enormous interest among researchers around the world, not only because of its highly structured self-organization structure but also because of its functional chemical and physical properties that can be successfully used in photocatalysis, photovoltaics, through various types of sensors, to templates (matrices) for other nanomaterials. Considering the fact that the process of fabrication of ordered nanostructures by electrochemical anodization, especially on a 3D titanium substrate, requires selection of a number of relevant parameters, including the value of applied potential as well as the anode time, the optimization of the method is a key element. Taking into account all these considerations, the purpose of this research is to investigate and optimize the process conditions for obtaining nanoporous titanium (IV) oxide with an orderly structure of nanopores by anodizing a titanium mesh in a solution of ethanol-1,2-diol containing fluoride ions. In addition, the as-prepared photoelectrodes will be subjected to photoelectrochemical analysis based on the photocurrent measurement generated on the surface of the porous electrode material as a function of wavelength.