Photoelectrochemical characteristics of TiO2 modified by chloro derivatives of catechol

Celem pracy było otrzymanie nowych materiałów poprzez modyfikację powierzchniową dwóch form TiO2: anatazu i rutylu katecholem, oraz ich chloro-pochodnymi, a także ich charakterystyka spektroskopowa i fotoelektrochemiczna. Czysty TiO2 jest fotoaktywny jedynie w zakresie nadfioletu, a powierzchniowa modyfikacja katecholem albo jego chloro-pochodnymi poszerza taki zakres do światła widzialnego. Badaniom poddano dwie odmiany krystaliczne TiO2 – rutyl (Tronox TR) i anataz (N100). Rozważono różne warianty modyfikacji ich powierzchni tj.: adsorpcja katecholu, 3-chlorokatecholu, 3,4-dichlorokatecholu. Dodatkowo zapewniano różne warunki pomiarów dodając czynnika redoks, zachowując warunki beztlenowe czy w równowadze z powietrzem. Wykonane pomiary fotoelektrochemiczne polegały na rejestrowaniu prądu generowanego na skutek działania promieniowania w kontrolowanym zakresie spektralnym, gdyż jego zwrot oraz wartość decyduje o użyteczności danego materiału. Badano również zależność kierunku i wartości fotoprądu w zależności od obecności akceptorów / donorów elektronów tj.:O2, H2O2. Uzyskano materiały o rozszerzonej aktywności spektralnej, a także takie w którym przełączenie fotoprądów następuje zgodnie z długością fali oraz z potencjałem. Efekt takiego przełączania fotoprądu pomiędzy dodatnimi, a ujemnymi wartościami jako rezultat zmian przykładanego potencjału lub padających promieni elektromagnetycznych nosi nazwę efektu PEPS (Photoelectrochemical Photocurrent Switching Effect) i otwiera możliwości na nowe przełączniki fotoelektrochemiczne, a także konstrukcje bramek logicznych.

The main goal was to synthesize new, modified materials by adsorption catechol, 3-chlorocatechol and 3,4-dichlorocatechol as surface modificator at TiO2 surface. The two forms of TiO2 – anatase (N100) and rutile (Tronox TR) was used as starting materials. Neat TiO2 is fotoactive only in UV light, but modification extends this range to visible light. Simple impregnation resulted in formation many colored materials: cat@rutile, cat_Cl@rutile, cat_diCl@rutile, cat@N100, cat_Cl@N100, cat_diCl@N100. The next step was to conduct spectroscopic and photoelectrochemical experiments. In photoelectrochemical researches not only the influence of modifications were considered but also conditions of measurements: ambient, with absence of O2 and with redox substance – H2O2. Various types of electronic interaction between the modyficator and the surface of TiO2 reflect on different photoelectrochemical behaviour of tested systems. Unmodified titanium dioxide in normal conditions generates anodic photocurrent within a wide potential window upon UV illumination. Modification makes the material generate cathodic photocurrent additionally and within a different range of irradiation. Moreover, the effect of switching photocurrent between positive and negative values as a result of potential and photon energy changes called PEPS (Photoelectrochemical Photocurrent Switching Effect) was discovered for selected systems and opens a possibility of new chemical switches and logic gates construction.