Control of the degree of surface reduction of titanium dioxide

Powierzchnie ditlenku tytanu maja różne właściwości w zależności od obecności defektów m.in: wakancji tlenowych lub powierzchniowych grup hydroksylowych. Rutyl to struktura ditlenku tytanu o bardzo szerokim zakresie zastosowań. W pracy przedstawiono wyniki badan eksperymentalnych stopnia redukcji powierzchni rutylu TiO2(110) i TiO2(011). Proces preparatyki próbki polegał na bombardowaniu powierzchni jonami argonu, wyżarzaniu w UHV w wysokich temperaturach oraz wyżarzaniu w obecności kontrolowanego ciśnienia tlenu. Stopień redukcji powierzchni weryfikowano za pomocą skaningowej mikroskopii tunelowej (STM) poprzez obserwacje rodzaju i koncentracji występujących defektów. W przypadku powierzchni TiO2(110) nie stwierdzono jednoznacznego spadku gęstości defektów w wyniku wygrzewania w atmosferze tlenu. Dla próbki TiO2(110) wygrzewanej w atmosferze tlenu w 700°C przez 1 min (ilość dozowanego tlenu wynosiła 90 L O2) gęstość defektów przypadających na nm2 wynosiła 0,91/nm2, natomiast dla powierzchni nie poddanej procesowi dozowania tlenu gęstość defektów wynosiła 1,11/nm2. W przypadku próbki TiO2(011) udało się otrzymać powierzchnie charakteryzującą się niewielka koncentracja defektów. Gęstość defektów w przypadku preparatyki bez wygrzewania w obecności tlenu wynosiła 1,76/nm2, natomiast dla próbki przygotowanej z etapem wygrzewania w atmosferze tlenu (200°C przez 30 min) koncentracja defektów wyniosła 0,12/nm2.

Titanium dioxide surfaces have different properties depending on the presence of defects, such as: oxygen vacancies or surface hydroxyl groups. Rutile is a titanium dioxide structure with a very wide range of applications. The paper presents the results of experimental studies of the degree of reduction of the rutile surface of TiO2 (110) and TiO2 (011). The sample preparation process consisted of bombarding the surface with argon ions, annealing in UHV at high temperatures and annealing in the presence of controlled oxygen pressure. The degree of surface reduction was verified by scanning tunneling microscopy (STM) through observations type and concentration of defects. In the case of surfaces TiO2 (110), no unequivocal decrease in the density of defects was found as a result of heating in the oxygen atmosphere. For the TiO2 (110) sample annealed in the oxygen atmosphere at 700 ° C for 1 min (the amount of oxygen dosed was 90 L O2), the density of defects per nm2 was 0.91 / nm2, while for the surface not subjected to the oxygen dosing process, the defect density was 1 , 11 / nm2. In the case of the TiO2 (011) sample, it was possible to obtain surfaces with a low concentration of defects. Defect density in the case of preparation without annealing in the presence of oxygen was 1.76 / nm2, while for the sample prepared with an annealing step in an oxygen atmosphere (200 ° C for 30 min), the defect concentration was 0.12 / nm2.