Электрокаталитические и фотоэлектрохимические свойства TiO₂-электродов со структурой нанотрубок, термообработанных на воздухе и в водороде

Исследованы фотоэлектрохимические, структурные и электрокаталитические свойства нанотрубок диоксида титана (TiO₂), полученных анодным окислением титана с последующей термообработкой на воздухе и в атмосфере водорода. Установлено, что прогрев нанотрубок TiO₂ в атмосфере водорода не оказывает влияния на морфологию и фазовый состав TiO₂-электродов, но приводит к высокой концентрации дефектных состояний в кристаллической решетке TiO₂ за счет восстановительного допирования, сопровождаемого превращением Ti⁴⁺ в Ti³⁺. Рост дефектности приводит к снижению перенапряжения процесса электровосстановления кислорода на отожженных в водороде нанотрубках TiO₂ по сравнению с образцами, прогретыми на воздухе, а также способствует существенному росту длинноволнового фототока при воздействии излучением видимого диапазона.

1. X. Chen, S. S. Mao. Chem. Rev., 107, N 7 (2007) 2891—2959

2. C. Dette, M. A. Pérez-Osorio, C. S. Kley, P. Punke, C. E. Patrick, P. Jacobson, F. Giustino, S. J. Jung, K. Kern. Nano Lett., 14 (2014) 6533—6538

3. X. Chen, A. Selloni. Chem. Rev., 114 (2014) 9281—9282

4. P. Roy, S. Berger, P. Schmuki. Angew. Chem. Int. Ed., 50 (2011) 2904—2939

5. Y. Furubayashi, T. Hitosugi, Y. Yamamoto, K. Inaba, G. Kinoda, Y. Hirose, T. Shimada, T. Hasegawa. Appl. Phys. Lett., 86, N 2 (2005) 252101

6. R. Asahi, T. Morikawa, T. Ohwaki, K. Aoki, Y. Taga. Science, 293 (2001) 269—271

7. J. Matos, J. Ocares-Riquelme, P. S. Poon, R. Montaña, X. García, K. Campos, J.C. Hernández-Garrido, M. M. Titirici. J. Colloid Interface Sci., 547 (2019) 14—29

8. S. Cravanzola, F. Cesano, F. Gaziano, D. Scarano. Catalyst., 7, N 7 (2017) 214—224

9. S. Sakthivel, M. V. Shankar, M. Palanichamy, B. Arabindoo, D. W. Bahnemann, V. Murugesan. Water Res., 38, N 13 (2004) 3001—3008

10. M. A. Barakat, R. I. Al-Hutailah, E. Qayyum, J. Rashid, J. N. Kuhn. Environ. Technol., 35 (2014) 137—144

11. D. Robert. Catal. Today, 122 (2007) 20—26

12. Y. Lin, P. Ren, C. Wei. Cryst. Eng. Comm., 21 (2019) 3439—3450

13. Y. Liu, L. Tian, X. Tan, X. Li, X. Chen. Sci. Bull., 62 (2017) 431—441

14. T. S. Rajaraman, S. P. Parikh, V. G. Gandhi. Chem. Eng. J., 389 (2020) 123918

15. Н. Е. Борорико, Д. В. Свиридов. Журн. Бел. гос. ун-та. Химия, 2 (2020) 89—97

16. X. Chen, L. Liu, P.Y. Yu, S. S. Mao. Science, 331 (2011) 746—750

17. W. Zhou, W. Li, J. Q. Wang, Y. Qu, Y. Yang, Y. Xie, K. Zhang, L. Wang, H. Fu, D. Zhao. J. Am. Chem. Soc., 136 (2014) 9280—9283

18. X. B. Chen, L. Liu, F. Q. Huang. Chem. Soc. Rev., 44 (2015) 1861—1885

19. M. Tian, M. Mahjouri-Samani, G. Eres, R. Sachan, M. Yoon, M. F. Chisholm, K. Wang, A. A. Puretzky, C. M. Rouleau, D. B. Geohegan, G. Duscher. ACS Nano, 9 (2015) 10482—10488

20. X. D. Jiang, Y. P. Zhang, J. Jiang, Y. S. Rong, Y. C. Wang, Y. C. Wu, C. X. Pan. J. Phys. Chem. C, 116 (2012) 22619—22624

21. A. Naldoni, M. Allieta, S. Santangelo, M. Marelli, F. Fabbri, S. Cappelli, C. L. Bianchi, R. Psaro, V. Dal Santo. J. Am. Chem. Soc., 134 (2012) 7600—7603

22. B. Qiu, Y. Zhou, Y. Ma, X. Yang, W. Sheng, M. Xing, J. Zhang. Sci. Rep., 5 (2015) 8591

23. Y. Liu, K. Mu, Y. Zhang, L. Wang, G. Yang, F. Shen, S. Deng, X. Zhang, S. Zhang. Int. J. Hydrogen Energy, 41 (2016) 10327—10334

24. C. Mao, F. Zuo, Y. Hou, X. Bu, P. Feng. Angew. Chem., 53 (2014) 10485—10489

25. J. Wang, P. Yang, B. Huang. Appl. Surface Sci., 356 (2015) 391—398

26. F. Zuo, K. Bozhilov, R. J. Dillon, L. Wang, P. Smith, X. Zhao, C. Bardeen, P. Feng. Angew. Chem., 124 (2012) 6327—6330

27. F. Zuo, L. Wang, T. Wu, Z. Zhang, D. Borchardt, P. Feng. J. Am. Chem. Soc., 132 (2010) 11856—11857

28. K. Alamelu, V. Raja, L. Shiamala, A. Jaffar. Appl. Surf. Sci., 430 (2018) 145—154

29. C. Kim, S. Kim, J. Choi, J. Lee, J. S. Kang, Y. E. Sung, J. Lee, W. Choi, J. Yoon. Electrochim. Acta, 141 (2014) 113—119

30. L. Zhu, H. Ma, H. Han, Y. Fu, C. Ma, Z. Yu, X. Dong. RSC Adv., 8 (2018) 18992—19000

31. H. Maltanava, S. Mazheika, M. Starykevich, T. Gaevskaya, A. Konakov, M. Ferro, J. Tedim, S. Poznyak. J. Electroanal. Chem., 904 (2022) 115844

32. H. Tang, Y. Su, B. Zhang, A. F. Lee, M. A. Isaacs, K. Wilson, L. Li, Y. Ren, J. Huang, M. Haruta, B. Qiao, X. Liu, C. Jin, D. Su, J. Wang, T. Zhang. Sci. Adv., 3, N 5 (2017) e170023(1—8)

33. C. Zhang, H. Yu, Y. Li, L. Fu, Y. Gao, W. Song, Z. Shao, B. Yi. Nanoscale, 5 (2013) 6834—6841

34. C. Zhang, H. Yu, Y. Li, Y. Gao, Y. Zhao, W. Song, Z. Shao, B. Yi. Chem. Sus. Chem., 6 (2013) 659—666

35. М. Р. Тарасевич, Е. И. Хрущева, В. Ю. Филиновский. Вращающийся дисковый электрод с кольцом, Москва, Наука (1987) 17—25

36. G. Boschloo, D. Fitzmaurice. J. Phys. Chem. B, 103, N 12 (1999) 2228—2231

37. H. Maltanava, S. Poznyak, M. Ivanovskaya, N. Scharnagl, M. Starykevich, A. N. Salak, M. Soares, A. Mazanik. J. Fluorine Chem., 221 (2019) 34—41

38. А. М. Трунов. Электрохимия, 51, № 4 (2015) 385—392

39. А. М. Мальтанова, Н. Ю. Брежнева, А. В. Мазаник, С. О. Мажейко, Т. В. Гаевская, Е. В. Скорб, С. К. Позняк. Журн. Бел. гос. ун-та. Химия, 2 (2020) 63—75

40. М. Р. Тарасевич, Е. И. Хрущева, Н. А. Шумилова. Итоги науки и техники. Сер. Электрохимия, 13 (1978) 47—93

41. A. Lasia. Electrochemical Impedance Spectroscopy and Its Applications, Boston, Springer (2002) 143—248

42. K. Gelderman, L. Lee, S. W. Donne. J. Chem. Educ., 84, N 4 (2007) 685

43. H. Zhu, M. Zhao, J. Zhou, W. Li, H. Wang, Z. Xu, L. Li, L. Pei, Z. Shi, S. Yan, Z. Li, Z. Zou. Appl. Catal. B: Environ., 234 (2018) 100—108

44. N. Serpone. J. Phys. Chem. B, 110, N 48 (2006) 24287—24293

45. K. Boubaker. Eur. Phys. J. Plus, 126, N 1 (2011) 1—4

46. L. Chiodo, J. M. García-Lastra, A. Iacomino, S. Ossicini, J. Zhao, H. Petek, A. Rubio. Phys. Rev. B, 82, N 4 (2010) 045207