Фотоэлектрохимические свойства модифицированных фотоанодов на основе нанотрубок TiO₂ и халькогенидов кадмия для систем получения фотоводорода
Путем нанесения полупроводниковых пленок CdSe на титановую подложку со сформированным слоем нанотрубок TiО₂ методом потенциостатической анодной поляризации получены полупроводниковые гетероструктуры NT-TiO₂/CdSe, NT-TiO₂/CdSe₀.₆₅Te₀.₃₅. Изучены фотоэлектрохимические процессы на поликристаллических...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Украинский химический журнал |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/187941 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Фотоэлектрохимические свойства модифицированных фотоанодов на основе нанотрубок TiO₂ и халькогенидов кадмия для систем получения фотоводорода / И.А. Слободянюк, И.А. Русецкий, М.О. Данилов, Г.Я. Колбасов, Л.Г. Щербакова, Ю.М. Солонин // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 5. — С. 51-55. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-187941 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Слободянюк, И.А. Русецкий, И.А. Данилов, М.О. Колбасов, Г.Я. Щербакова, Л.Г. Солонин, Ю.М. 2023-02-04T17:16:09Z 2023-02-04T17:16:09Z 2013 Фотоэлектрохимические свойства модифицированных фотоанодов на основе нанотрубок TiO₂ и халькогенидов кадмия для систем получения фотоводорода / И.А. Слободянюк, И.А. Русецкий, М.О. Данилов, Г.Я. Колбасов, Л.Г. Щербакова, Ю.М. Солонин // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 5. — С. 51-55. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0041–6045 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/187941 544.52 : 541.138 : 621.352 Путем нанесения полупроводниковых пленок CdSe на титановую подложку со сформированным слоем нанотрубок TiО₂ методом потенциостатической анодной поляризации получены полупроводниковые гетероструктуры NT-TiO₂/CdSe, NT-TiO₂/CdSe₀.₆₅Te₀.₃₅. Изучены фотоэлектрохимические процессы на поликристаллических NT-TiO₂/CdSe₀.₆₅Te₀.₃₅ фотоэлектродах. Проанализированы причины увеличения эффективности фотопреобразования после модифицирования поверхности фотоэлектродов NT-TiO₂/CdSe₀.₆₅Te₀.₃₅ наночастицами CdS. Показано, что наноструктурирование электродов приводит к увеличению их фоточувствительности, что связано с уменьшением скорости поверхностной рекомбинации. Исследована эффективность работы изучаемых фотоанодов в фотоэлектрохимической ячейке с накоплением водорода. Шляхом нанесення напівпровідникових плівок CdSe на титанову підладку зі сформованим шаром нанотрубок TiО₂ методом потенціостатичної анодної поляризації отримано напівпровідникові гетероструктури NT-TiО₂/CdSe, NT-TiO₂/CdSe₀.₆₅Te₀.₃₅. Вивчено фотоелектрохімічні процеси на полікристалічних NT-TiO₂/CdSe₀.₆₅Te₀.₃₅-фотоелектродах. Проаналізовано причини збільшення ефективності фотоперетворення після модифікування поверхні фотоелектродів NT-TiO₂/CdSe₀.₆₅Te₀.₃₅ наночастинками CdS. Показано, що наноструктурування електродів приводить до збільшення їхньої фоточутливості, що пов’язане зі зменшенням швидкості поверхневої рекомбінації. Досліджено ефективність роботи фотоанодів, що вивчаються, у фотоелектрохімічній комірці з накопиченням водню. Semiconductor heterostructures NT-TiO₂/CdSe have been obtained by supporting semiconductor films CdSe on a Ti-substrate with the generated layer of nanotubes TiО₂ by a method of potentiostatic anodic polarisation. Photoelectrochemical processes on polycrystalline NT-TiO₂/CdSe, NT-TiO₂/CdSe0.65Te0.35-photoelectrodes have been studied. The reasons of increase in efficiency of phototransformation after inoculation of a surface of photoelectrodes NTTiO₂/CdSe₀.₆₅Te₀.₃₅ nanoparticles CdS have been analyzed. It has been shown that nanostructurization of electrodes leads to increase in their photosensitivity whet is connected with decrease us speed of a surface recombination. Overall performance of studied photoanodes in a photoelectrochemical cell with hydrogen accumulation has been examined. ru Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України Украинский химический журнал Электрохимия Фотоэлектрохимические свойства модифицированных фотоанодов на основе нанотрубок TiO₂ и халькогенидов кадмия для систем получения фотоводорода Фотоелектрохімічні властивості модифікованих фотоанодів на основі нанотрубок TiO₂ та халькогенідів кадмію для систем одержання фотоводню Photoelectrochemical properties of modified photoanodes TiO₂ nanotube-based and cadmium chalcogenides for systems of photohydrogen reception Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Фотоэлектрохимические свойства модифицированных фотоанодов на основе нанотрубок TiO₂ и халькогенидов кадмия для систем получения фотоводорода |
| spellingShingle |
Фотоэлектрохимические свойства модифицированных фотоанодов на основе нанотрубок TiO₂ и халькогенидов кадмия для систем получения фотоводорода Слободянюк, И.А. Русецкий, И.А. Данилов, М.О. Колбасов, Г.Я. Щербакова, Л.Г. Солонин, Ю.М. Электрохимия |
| title_short |
Фотоэлектрохимические свойства модифицированных фотоанодов на основе нанотрубок TiO₂ и халькогенидов кадмия для систем получения фотоводорода |
| title_full |
Фотоэлектрохимические свойства модифицированных фотоанодов на основе нанотрубок TiO₂ и халькогенидов кадмия для систем получения фотоводорода |
| title_fullStr |
Фотоэлектрохимические свойства модифицированных фотоанодов на основе нанотрубок TiO₂ и халькогенидов кадмия для систем получения фотоводорода |
| title_full_unstemmed |
Фотоэлектрохимические свойства модифицированных фотоанодов на основе нанотрубок TiO₂ и халькогенидов кадмия для систем получения фотоводорода |
| title_sort |
фотоэлектрохимические свойства модифицированных фотоанодов на основе нанотрубок tio₂ и халькогенидов кадмия для систем получения фотоводорода |
| author |
Слободянюк, И.А. Русецкий, И.А. Данилов, М.О. Колбасов, Г.Я. Щербакова, Л.Г. Солонин, Ю.М. |
| author_facet |
Слободянюк, И.А. Русецкий, И.А. Данилов, М.О. Колбасов, Г.Я. Щербакова, Л.Г. Солонин, Ю.М. |
| topic |
Электрохимия |
| topic_facet |
Электрохимия |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Украинский химический журнал |
| publisher |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Фотоелектрохімічні властивості модифікованих фотоанодів на основі нанотрубок TiO₂ та халькогенідів кадмію для систем одержання фотоводню Photoelectrochemical properties of modified photoanodes TiO₂ nanotube-based and cadmium chalcogenides for systems of photohydrogen reception |
| description |
Путем нанесения полупроводниковых пленок CdSe на титановую подложку со сформированным слоем нанотрубок TiО₂ методом потенциостатической анодной поляризации получены полупроводниковые гетероструктуры NT-TiO₂/CdSe, NT-TiO₂/CdSe₀.₆₅Te₀.₃₅. Изучены фотоэлектрохимические процессы на поликристаллических NT-TiO₂/CdSe₀.₆₅Te₀.₃₅ фотоэлектродах. Проанализированы причины увеличения эффективности фотопреобразования после модифицирования поверхности фотоэлектродов NT-TiO₂/CdSe₀.₆₅Te₀.₃₅ наночастицами CdS. Показано, что наноструктурирование электродов приводит к увеличению их фоточувствительности, что связано с уменьшением скорости поверхностной рекомбинации. Исследована эффективность работы изучаемых фотоанодов в фотоэлектрохимической ячейке с накоплением водорода.
Шляхом нанесення напівпровідникових плівок CdSe на титанову підладку зі сформованим шаром нанотрубок TiО₂ методом потенціостатичної анодної поляризації отримано напівпровідникові гетероструктури NT-TiО₂/CdSe, NT-TiO₂/CdSe₀.₆₅Te₀.₃₅. Вивчено фотоелектрохімічні процеси на полікристалічних NT-TiO₂/CdSe₀.₆₅Te₀.₃₅-фотоелектродах. Проаналізовано причини збільшення ефективності фотоперетворення після модифікування поверхні фотоелектродів NT-TiO₂/CdSe₀.₆₅Te₀.₃₅ наночастинками CdS. Показано, що наноструктурування електродів приводить до збільшення їхньої фоточутливості, що пов’язане зі зменшенням швидкості поверхневої рекомбінації. Досліджено ефективність роботи фотоанодів, що вивчаються, у фотоелектрохімічній комірці з накопиченням водню.
Semiconductor heterostructures NT-TiO₂/CdSe have been obtained by supporting semiconductor films CdSe on a Ti-substrate with the generated layer of nanotubes TiО₂ by a method of potentiostatic anodic polarisation. Photoelectrochemical processes on polycrystalline NT-TiO₂/CdSe, NT-TiO₂/CdSe0.65Te0.35-photoelectrodes have been studied. The reasons of increase in efficiency of phototransformation after inoculation of a surface of photoelectrodes NTTiO₂/CdSe₀.₆₅Te₀.₃₅ nanoparticles CdS have been analyzed. It has been shown that nanostructurization of electrodes leads to increase in their photosensitivity whet is connected with decrease us speed of a surface recombination. Overall performance of studied photoanodes in a photoelectrochemical cell with hydrogen accumulation has been examined.
|
| issn |
0041–6045 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/187941 |
| citation_txt |
Фотоэлектрохимические свойства модифицированных фотоанодов на основе нанотрубок TiO₂ и халькогенидов кадмия для систем получения фотоводорода / И.А. Слободянюк, И.А. Русецкий, М.О. Данилов, Г.Я. Колбасов, Л.Г. Щербакова, Ю.М. Солонин // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 5. — С. 51-55. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT slobodânûkia fotoélektrohimičeskiesvoistvamodificirovannyhfotoanodovnaosnovenanotruboktio2ihalʹkogenidovkadmiâdlâsistempolučeniâfotovodoroda AT ruseckiiia fotoélektrohimičeskiesvoistvamodificirovannyhfotoanodovnaosnovenanotruboktio2ihalʹkogenidovkadmiâdlâsistempolučeniâfotovodoroda AT danilovmo fotoélektrohimičeskiesvoistvamodificirovannyhfotoanodovnaosnovenanotruboktio2ihalʹkogenidovkadmiâdlâsistempolučeniâfotovodoroda AT kolbasovgâ fotoélektrohimičeskiesvoistvamodificirovannyhfotoanodovnaosnovenanotruboktio2ihalʹkogenidovkadmiâdlâsistempolučeniâfotovodoroda AT ŝerbakovalg fotoélektrohimičeskiesvoistvamodificirovannyhfotoanodovnaosnovenanotruboktio2ihalʹkogenidovkadmiâdlâsistempolučeniâfotovodoroda AT soloninûm fotoélektrohimičeskiesvoistvamodificirovannyhfotoanodovnaosnovenanotruboktio2ihalʹkogenidovkadmiâdlâsistempolučeniâfotovodoroda AT slobodânûkia fotoelektrohímíčnívlastivostímodifíkovanihfotoanodívnaosnovínanotruboktio2tahalʹkogenídívkadmíûdlâsistemoderžannâfotovodnû AT ruseckiiia fotoelektrohímíčnívlastivostímodifíkovanihfotoanodívnaosnovínanotruboktio2tahalʹkogenídívkadmíûdlâsistemoderžannâfotovodnû AT danilovmo fotoelektrohímíčnívlastivostímodifíkovanihfotoanodívnaosnovínanotruboktio2tahalʹkogenídívkadmíûdlâsistemoderžannâfotovodnû AT kolbasovgâ fotoelektrohímíčnívlastivostímodifíkovanihfotoanodívnaosnovínanotruboktio2tahalʹkogenídívkadmíûdlâsistemoderžannâfotovodnû AT ŝerbakovalg fotoelektrohímíčnívlastivostímodifíkovanihfotoanodívnaosnovínanotruboktio2tahalʹkogenídívkadmíûdlâsistemoderžannâfotovodnû AT soloninûm fotoelektrohímíčnívlastivostímodifíkovanihfotoanodívnaosnovínanotruboktio2tahalʹkogenídívkadmíûdlâsistemoderžannâfotovodnû AT slobodânûkia photoelectrochemicalpropertiesofmodifiedphotoanodestio2nanotubebasedandcadmiumchalcogenidesforsystemsofphotohydrogenreception AT ruseckiiia photoelectrochemicalpropertiesofmodifiedphotoanodestio2nanotubebasedandcadmiumchalcogenidesforsystemsofphotohydrogenreception AT danilovmo photoelectrochemicalpropertiesofmodifiedphotoanodestio2nanotubebasedandcadmiumchalcogenidesforsystemsofphotohydrogenreception AT kolbasovgâ photoelectrochemicalpropertiesofmodifiedphotoanodestio2nanotubebasedandcadmiumchalcogenidesforsystemsofphotohydrogenreception AT ŝerbakovalg photoelectrochemicalpropertiesofmodifiedphotoanodestio2nanotubebasedandcadmiumchalcogenidesforsystemsofphotohydrogenreception AT soloninûm photoelectrochemicalpropertiesofmodifiedphotoanodestio2nanotubebasedandcadmiumchalcogenidesforsystemsofphotohydrogenreception |
| first_indexed |
2025-11-26T15:49:56Z |
| last_indexed |
2025-11-26T15:49:56Z |
| _version_ |
1850626939828568064 |
| fulltext |
УДК 544.52 : 541.138 : 621.352
И.А.Слободянюк, И.А.Русецкий, М.О.Данилов, Г.Я.Колбасов, Л.Г.Щербакова, Ю.М.Солонин
ФОТОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ ФОТОАНОДОВ
НА ОСНОВЕ НАНОТРУБОК TiO2 И ХАЛЬКОГЕНИДОВ КАДМИЯ
ДЛЯ СИСТЕМ ПОЛУЧЕНИЯ ФОТОВОДОРОДА
Путем нанесения полупроводниковых пленок CdSe на титановую подложку со сформированным
слоем нанотрубок TiО2 методом потенциостатической анодной поляризации получены полупровод-
никовые гетероструктуры NT-TiO2/CdSe, NT-TiO2/CdSe0.65Te0.35. Изучены фотоэлектрохимические
процессы на поликристаллических NT-TiO2/CdSe0.65Te0.35 фотоэлектродах. Проанализированы
причины увеличения эффективности фотопреобразования после модифицирования поверхности
фотоэлектродов NT-TiO2/CdSe0.65Te0.35 наночастицами CdS. Показано, что наноструктурирование
электродов приводит к увеличению их фоточувствительности, что связано с уменьшением скорости
поверхностной рекомбинации. Исследована эффективность работы изучаемых фотоанодов в фотоэ-
лектрохимической ячейке с накоплением водорода.
ВВЕДЕНИЕ. В настоящее время разрабаты-
ваются фотоэлектрохимические преобразовате-
ли солнечной энергии с получением водорода [1,
2], успешное применение которых зависит от
технологии получения недорогих и эффектив-
ных электродных материалов. Важной пробле-
мой таких систем является повышение эффек-
тивности фотопреобразования. Одним из путей
решения этой проблемы может быть нанострук-
турирование поверхности подложки и модифи-
цирование поверхности поликристаллических
полупроводников для предотвращения реком-
бинации носителей заряда и усиления каталити-
ческих свойств поверхности. Перспективным ма-
териалом для фотоэлектрохимических преобра-
зователей солнечной энергии являются полупро-
водниковые соединения CdSe и CdSeхTe1–х , ко-
торые имеют высокое значение коэффициента
поглощения света в видимой области спектра. С
целью повышения эффективности преобразова-
ния энергии солнечного света на этих полупро-
водниках можно использовать различные мето-
ды модифицирования их поверхности, напри-
мер, создание полупроводниковых наногетеро-
структур, а также осаждение наночастиц (кван-
товых точек) полупроводников, проводящих по-
лимеров или металлов и др. Поскольку частицы
малого размера каталитически более активны,
можно ожидать позитивного влияния поверх-
ностных наноразмерных частиц на фотоэлект-
рохимические процессы, протекающие на масси-
вных полупроводниковых электродах. Нами изу-
чены фотоэлектрохимические свойства наностру-
ктурированных пленок халькогенидов кадмия,
нанесенных на титановую подложку со слоем на-
нотрубок TiО2, перспективных для использова-
ния в фотоэлектрохимической системе получе-
ния водорода [3].
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. Нанотру-
бки TiО2 получали методом потенциостатичес-
кой анодной поляризации титановой фольги
ВТ1-0 в сернокислом электролите, содержащем
ионы F– [2, 4]. Фольга предварительно обезжи-
ривалась в ацетоне. Процесс проводили несколь-
ко часов при 20 В, с последующим отжигом при
500 оС в течение 3 ч. При анодной поляризации
титановой подложки в чистом сернокислом ра-
створе на поверхности образуются конусообраз-
ные оксидные структуры размером несколько
микрон (рис. 1, а). В растворе, содержащем F–,
формируются нанотрубки (NT) TiО2 диаметром
70—100 нм, большей частью закрытые аморф-
ным слоем TiО2 (рис. 1, б). Такой способ подго-
товки титановой подложки обеспечивает хоро-
шее сцепление со слоем халькогенида при его
последующем нанесении и отжиге. Величина тем-
нового катодного тока на фотоэлектродах в по-
лисульфидном электролите не превышала 5⋅10–6
А/см2, при потенциалах рабочей точки фотоэле-
ктрохимического преобразователя.
Структуры TiО2/CdSe, TiО2/CdSeхTe1–х полу-
чали катодным электроосаждением на наност-
© И.А.Слободянюк, И.А.Русецкий, М.О.Данилов, Г.Я.Колбасов, Л.Г.Щербакова, Ю.М.Солонин , 2013
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 5 51
руктурированную титановую подложку из вод-
ных электролитов, содержащих ионы Cd2+ и
Н2SеО3, а также распылением спиртовой суспен-
зии измельченных порошков CdSe, CdTe, CdCl2.
Электроды отжигали в воздушной атмосфере
при 470—600 оС. Толщина пленок составляла
0.3—3 мкм. Активирование анодов проводили
в водном растворе: HCl — 180, HNO3 — 17 г/л.
Спектральные зависимости фотоэлектрохи-
мического тока измеряли на устано-
вке, в состав которой входил моно-
хроматор МДР-2, ксеноновая лампа
ДКСШ-500 со стабилизированным то-
ком разряда. Для изучения кинетики
релаксации фотопотенциала исполь-
зовали импульсный азотный лазер
ЛГИ-21 (λ =0.337 мкм, Ри=1300 Вт/см2,
τи=15 нс). Временное разрешение изме-
рительной установки — 50 нс. Для
измерения вольт-амперных характе-
ристик использовался потенциостат-
гальваностат PGS- TAT 4-16. Фоточув-
ствительность электродов определя-
лась в полисульфидном растворе (1М
Na 2S +1М NaOH +1М S), в котором изучаемые эле-
ктроды относительно стабильны [5]. Поверх-
ность фотоэлектродов исследовалась на электрон-
ных микроскопах JSM 6700F, Philips XL 30CP.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ. Отожженная
гетероструктура NT-TiO2/CdSe имела однород-
ную структуру с полностью закрытым слоем NT-
TiO2 селенидом кадмия (рис. 2) стехиометричес-
кого состава (рис. 3).
Электрохимия
Рис. 3. Энерго-дисперсионный спектр элементного состава
поверхности структуры Ti/NT-TiO2/CdSe.
Рис. 2. Микрофотография пленок NT-
TiО2/ CdSe после отжига при 500 оС.
Рис. 1. Электронная микрофотография поверхности титановой фольги
после потенциостатической анодной поляризации: а — в сернокислом
электролите; б — в сернокислом электролите, содержащем ионы F–.
а б
52 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 5
Для повышения эффективности фотопреоб-
разования поверхность полупроводника подвер-
гали ионной обработке в растворе 0.5 М ZnCl2 ,
нанесению частиц Pt фотоэлектрохимическим ме-
тодом, частиц CdS — методом ионного наслаи-
вания [6]. Средний диаметр осажденных частиц
Pt и CdS составлял ~10 нм [3, 5, 7, 8]. Zn на по-
верхности находится в зарядовом состоянии 0
и +2 и при контакте модифицированного Zn2+
электрода с полисульфидным раствором, испо-
льзуемом в фотоэлектрохимических системах, на
поверхности может образовываться слой (либо
частицы) ZnS [8].
Модифицирование поверхности CdSe элек-
тродов Zn2+ и Pt приводило к смещению потен-
циала плоских зон Епз в катодную область на
60— 80 мВ, что, согласно [8], объясняется влия-
нием наночастиц, нанесенных на поверхность по-
лупроводника, которые увеличивают поверхнос-
тную энергию электрода, то есть сдвигают потен-
циал плоских зон в катодную область.
Модифицирование поверхности Pt (рис. 4,
а, кривая 2) приводит также к увеличению фото-
потенциала Еф в точке максимальной отдачи
мощности и фактора заполнения вольт-ампер-
ной характеристики (ff) электрода с 0.3 до 0.35.
Модифицирование поверхности в Zn2+ (рис. 4,
б) приводило к увеличению тока короткого за-
мыкания (Iкз) и потенциала холостого хода (Vхх).
Для изучения рекомбинационных процес-
сов исследовалась кинетика релаксации фотопо-
тенциала Еф после освещения полупроводников
импульсным азотным лазером (рис. 5). Кинети-
ка спада фотопотенциала Еф(t) зависела от состо-
яния поверхности NT-TiO2/CdSe0.65Te0.35. Моди-
фицирование поверхности наночастицами CdS
приводило к уменьшению потерь фотогенери-
рованных носителей заряда на рекомбинацию,
что проявлялось в увеличении характеристичес-
кого времени релаксации и возрастании ампли-
туды фотопотенциала, то есть повышении фото-
чувствительности электрода.
Квантовый выход фотоэлектрохимическо-
го тока ηi также возрастал в широкой спектра-
льной области после модифицирования элект-
родов CdS (рис. 6). Полученные результаты ана-
лизировали в соответствии с теорией переноса
фотогенерированных носителей заряда через меж-
фазную границу раздела полупроводник—элек-
тролит [7, 9]. Для увеличения значения кванто-
вого выхода фототока скорость анодной реак-
ции должна быть достаточно большой, чтобы
уменьшить влияние поверхностной рекомбина-
ции. Влияние частиц CdS на поверхности NT-
Рис. 5. Релаксация фотопотенциала электрода NT-
TiO2/CdSe0.65Te0.35 в растворе 1 н. NaOH (1) и после
модифицирования CdS (2) при импульсном фото-
возбуждении.
Рис. 4. Вольт-амперная характеристика фотоанодов
при освещении (16 мВт/см2, сульфидный раствор, от-
носительно Ag/AgCl) до (1) и после (2) обработки
наночастицами Pt (а), Zn2+ (б).
а
б
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 5 53
TiO2/CdSe0.65Te0.35 на величину ηi (рис. 6) свя-
зано с повышением каталитической активнос-
ти поверхности, характерным для полупровод-
никовых наноразмерных частиц, то есть с увели-
чением скорости анодной реакции, а также уме-
ньшением скорости поверхностной рекомбина-
ции дырок и, как следствие, возрастанием ды-
рочного фототока.
Исследуемые фотоаноды были испытаны
в разработанной нами фотоэлектрохимической
(ФЭХ) ячейке для накопления водорода [5, 8].
В качестве катодов для ФЭХ-ячейки использо-
вали композитные материалы La–Ni–Mn–Al с
токопроводящими и вяжущими (ПТФЭ) добав-
ками [10]. Катоды легко активировались, а раз-
рядная емкость по водороду уже во втором цик-
ле достигала 320 мА⋅ч/г. Средняя мощность сол-
нечной радиации, при которой испытывалась
ФЭХ-ячейка, составляла 75 мВт/см2. Полученные
фотоаноды совместимы с катодами на основе во-
дородсорбирующих интерметаллидных спла-
вов с токопроводящими добавками. Установле-
но, что 85—98 % тока, генерируемого в системе,
расходуется на аккумулирование водорода ме-
таллогидридным катодом, а эффективность преоб-
разования солнечного излучения в энергию свя-
занного водорода достигала δ ≈ 4 %.
Как показали измерения вольт-амперных ха-
рактеристик различных электродов при дейст-
виии солнечного излучения, полученные фото-
аноды обеспечивают выделение водорода на
платине (рис. 7). Поэтому в качестве материалов
катода могут использоваться нанокомпозиты на
основе углеродных нанотрубок и восстановлен-
ного оксида графена с каталитически модифи-
цированной поверхностью. По нашим данным
(рис. 7), характеристики этих материалов в реак-
ции выделения водорода превышают значе-
ния на гладкой платине и близки к плати-
новой черни.
ВЫВОДЫ. В результате проведенных
исследований установлено, что формирова-
ние нанотрубок TiО2 на титановой подлож-
ке увеличивает адгезию поликристалличес-
ких халькогенидов кадмия и снижает вели-
чину темновых катодных токов. Увеличение
фотопотенциала и эффективности фотопре-
образования после наноструктурирования
поверхности CdSe0.65Te0.35-электродов связа-
но с возрастанием отрицательного поверх-
ностного заряда, снижением поверхностной
рекомбинации и катодного фототока. Эф-
фективность преобразования солнечного из-
лучения в энергию связанного водорода в
системе халькогенид—металлгидрид дос-
тигает δ ≈ 4 %.
РЕЗЮМЕ. Шляхом нанесення напівпро-
відникових плівок CdSe на титанову підладку зі
Электрохимия
Рис. 6. Спектральная зависимость квантового выхода
фототока ηi в растворе 1 н. NaOH для исходного NT-
TiO2/CdSe0.65Te0.35-электрода (1, 3) и модифицирован-
ного CdS (2, 4) от потенциала, Е: 0.4 (1, 2); –0.4 В (3, 4).
Рис. 7. Сравнительные сведeнные вольт-амперные харак-
теристики различных электродов: 1 — TiO2/CdSe0.65Te0.35
(подложка анодирована в сернокислом растворе); 2 —
NT-TiO2/CdSe0.65Te0.35; 3 — N T-TiO2/CdSe; 4 — LaNi3-
Co2; 5 — Pt; 6 — LaNi4.5Mn0,5 + LaNi4.5Al0.5 + PureBlack
205 (7 % вес.) + НТ MER Corp. (1 % вес.); 7 — многостен-
ные нанотрубки +Pt. 1–3 — раствор 1 М КОН+1 М Na2S;
4–7 — 30 % КОН (отн. Ag/AgCl).
54 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 5
сформованим шаром нанотрубок TiО2 методом по-
тенціостатичної анодної поляризації отримано напів-
провідникові гетероструктури NT-TiО2/CdSe, NT-TiO2/
CdSe0.65Te0.35. Вивчено фотоелектрохімічні процеси
на полікристалічних NT-TiO2/CdSe0.65Te0.35-фотоелек-
тродах. Проаналізовано причини збільшення ефек-
тивності фотоперетворення після модифікування
поверхні фотоелектродів NT-TiO2/CdSe0.65Te0.35 на-
ночастинками CdS. Показано, що наноструктуру-
вання електродів приводить до збільшення їхньої фо-
точутливості, що пов’язане зі зменшенням швидко-
сті поверхневої рекомбінації. Досліджено ефектив-
ність роботи фотоанодів, що вивчаються, у фотоеле-
ктрохімічній комірці з накопиченням водню.
SUMMARY. Semiconductor heterostructures
NT-TiO2/CdSe have been obtained by supporting semi-
conductor films CdSe on a Ti-substrate with the gene-
rated layer of nanotubes TiО2 by a method of poten-
tiostatic anodic polarisation. Photoelectrochemical pro-
cesses on polycrystalline NT-TiO2/CdSe, NT-TiO2/Cd-
Se0.65Te0.35-photoelectrodes have been studied. The rea-
sons of increase in efficiency of phototransformation
after inoculation of a surface of photoelectrodes NT-
TiO2/CdSe0.65Te0.35 nanoparticles CdS have been ana-
lyzed. It has been shown that nanostructurization of
electrodes leads to increase in their photosensitivity
whet is connected with decrease us speed of a surface
recombination. Overall performance of studied photoa-
nodes in a photoelectrochemical cell with hydrogen ac-
cumulation has been examined.
ЛИТЕРАТУРА
1. Solonin Y u.M ., Kolbasov G.Y a., Rusetskii I.A . et al.
// Fuel Cell Technologies: State and Perspectives /
Ed. by N.Sammes, A.Smirnova, O.Vasylyev. NATO
Science Series. II. Mathematics, Physics and Chemis-
try. -2005. -Vol. 202. -P. 193—198.
2. Raja K.S ., M isra M ., M ahajan V .K. et al. // J. Power
Sourc. -2006. -161. -P. 1450—1457.
3. Колбасов Г.Я., Щербакова Л.Г. // Фундаментальні
проблеми водневої енергетики / Ред. В.Д.Походенко,
В.В.Скороход, Ю.М .Солонін. -Київ: КІМ , 2010.
4. M or G.K., Varghese O.K., Paulose M . et al. // Solar
Energy Materials & Solar Cells. -2006. -90. -P. 2011—2075.
5. Колбасов Г. Я., Городыский А .В. Процессы фото-
стимулированного переноса заряда в системе полу-
проводник—электролит. -Киев: Наук. думка, 1993.
6. Толстой В.П . // Успехи химии. -1993. -62, № 3.
-С. 260—266.
7. Shcherbakova L.G., Dan‘ko D.B., Muratov V.B. et al. //
NATO Security through Science Series – A: Chemistry
and Biology. Hydrogen Materials Science and Chemistry
of Carbon Nanomaterials / Ed. by T.N.Veziroglu, S.Yu.
Zaginaichenko, D.V.Schur et al. -2007. -P. 699—706.
8. Слободянюк И .А ., Щербакова Л.Г., Колбасов Г.Я.
и др. // Укр. хим. журн. -2010. -76, № 6. -С. 98—100.
9. Гуревич Ю.Я., Плесков Ю .В. Фотоэлектрохимия
полупроводников. -М .: Наука, 1983.
10. Щербакова Л.Г., Сподарик М .І., Кравчук Д.М ., Со-
лонин Ю .М . // Тези доп. наук. звітної сесії “Водень
в альтернативній енергетиці та новітніх техно-
логіях”. -7 грудня 2011, Київ. -С. 39.
Институт общей и неорганической химии Поступила 10.12.2012
им. В.И .Вернадского НАН Украины, Kиев
Институт проблем материаловедения
им. И .М .Францевича НАН Украины, Киев
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 5 55
|