PHYSICOCHEMICAL AND SENSORY PROPERTIES OF Y-TiO2 FILMS
The study focuses on the investigation of the effect of yttrium ion modification on the structural, morphological, photoelectrochemical, electrocatalytic, and sensing properties of nanostructured titanium dioxide (TiO2) films. The Y-TiO2 films, with yttrium concentrations ranging from 0.5 to 5.0 at...
Збережено в:
| Дата: | 2026 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2026
|
| Онлайн доступ: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/773 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871466217586294784 |
|---|---|
| author | Medyk, Iryna Vorobets, Vera Kolbasov, Gennadii Karpenko, Sergey Oblovatna, Svetlana |
| author_facet | Medyk, Iryna Vorobets, Vera Kolbasov, Gennadii Karpenko, Sergey Oblovatna, Svetlana |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Iryna Medyk",
"institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine"
},
{
"author": "Vera Vorobets",
"institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine"
},
{
"author": "Gennadii Kolbasov",
"institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine"
},
{
"author": "Sergey Karpenko",
"institution": "Frantzevych Institute for Problems of Materials Science, National Academy of Sciences of Ukraine"
},
{
"author": "Svetlana Oblovatna",
"institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine"
}
] |
| author_sort | Medyk, Iryna |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:57Z |
| description | The study focuses on the investigation of the effect of yttrium ion modification on the structural, morphological, photoelectrochemical, electrocatalytic, and sensing properties of nanostructured titanium dioxide (TiO2) films. The Y-TiO2 films, with yttrium concentrations ranging from 0.5 to 5.0 at.%, were synthesized using a sol-gel method by annealing at 500 °C. Characterization was performed using XRD, photocurrent spectroscopy, and voltammetry.
XRD analysis revealed that all synthesized samples maintained a single-phase anatase structure. It was established that yttrium acts as a structural stabilizer, effectively inhibiting crystallite growth; the average crystallite size decreased from 14.0–10.0 nm. However, increasing yttrium content led to partial amorphization of the TiO2.
The photoelectrochemical results demonstrated a substantial increase in the photocurrent quantum yield and a bathochromic shift of the spectral maxima for modified films compared to pristine TiO2. The optimal yttrium concentration for maximizing photosensitivity was found to be 2.0 at.%. This enhancement is attributed to the creation of defect states and active centers that facilitate charge separation and extend the absorption range into the visible spectrum.
Electrocatalytic investigations into the oxygen reduction reaction (ORR) in 0.9% NaCl solution showed that 1% Y-TiO2 electrodes exhibit the highest activity, characterized by a shift in the half-wave potential of oxygen reduction toward the anodic region and an expanded dynamic range. Higher yttrium concentrations led to a decrease in ORR activity, likely due to the screening of active sites by the inactive amorphous phase.
The sensory properties were evaluated using anodic stripping voltammetry for the detection of lead ions (Pb2+) in liquids. The 1% Y-TiO2 electrodes demonstrated a linear response in the concentration range of 0.1–3.0 mg/L with a sensitivity of 0.01 mg∙L-1. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.92.3.2026.33-47 |
| first_indexed | 2026-05-02T01:00:17Z |
| format | Article |
| fulltext |
33
УДК (544.525+544.653.3): 661.882.22-14 doi: 10.33609/2708-129X.92.3.2026.33-47
ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА СЕНСОРНІ ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК Y- TiO2
І. А. Медик1* https://orcid.org/0009-0004-7631-2366
В. С. Воробець1 https://orcid.org/0000-0003-2319-3776
Г. Я. Колбасов1 https://orcid.org/0000-0001-9208-2135
С. В. Карпенко2 https://orcid.org/0000-0002-3387-8392
Т. В. Крищук1 https://orcid.org/0000-0001-6527-2021
С. Я. Обловатна1 https://orcid.org/0000-0001-9620-7468
1Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського НАН України,
просп. Академіка Палладіна, 32/34, Київ 03142, Україна;
2Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України,
вул. Омеляна Пріцака, 3, Київ 03142, Україна
*e-mail: medykiryna@gmail.com
Досліджено вплив модифікування іонами ітрію на структуру, морфологію, фото
електрохімічні, електрокаталітичні та сенсорні властивості наноструктурованих плі-
вок TiO2. Плівки одержано золь-гель методом та охарактеризовано за методами РФА
та СЕМ. Показано, що модифікування ітрієм призводить до підвищення фоточутли-
вості плівок в УФ-діапазоні та батохромного зсуву максимумів у спектрах фотостру-
му. Показано, що на модифікованих плівках покращується каталітична активність у
реакції електровідновлення кисню. Встановлено, що модифіковані електроди Y-TiO2
при визначенні іонів свинцю (Pb2+) методом анодної інверсійної вольтамперометрії де-
монструють чутливість 0,01 мг/л.
Ключові слова: діоксид титану, ітрій, фоточутливість, електровідновлення кисню.
ВСТУП. Діоксид титану (TiO2) є перс
пективним матеріалом для застосування у
фотокаталізі, виробництві електроенергії
в сонячних і паливних елементах, газових
сенсорах, оптичних і захисних покриттях,
електрохімічних пристроях тощо. Серед
інших напівпровідників TiO2 вирізняється
завдяки високій фоточутливості, низькій
токсичності, екологічності, доступності та
низькій вартості. Крім цього, він характе-
ризується високою окиснювальною здат
ністю фотогенерованих дірок, стабільністю
в широкому діапазоні pH та стійкістю до
фотокорозії.
Основними чинниками, що обмежують
використання TiO2 анатазної модифіка
ції, є значна ширина забороненої зони
(Eg = 3,20 еВ) [1], що зумовлює чутливість
матеріалу лише до ультрафіолетового (УФ)
випромінювання, а також схильність до фа-
зового переходу анатаз – рутил: кристаліч-
на фаза рутилу починає утворюватися вже
34 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА СЕНСОРНІ ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК Y- TiO2ФІЗИЧНА ХІМІЯ
за температури відпалу 500–550 °C. Схиль-
ність до фазового переходу анатаз – рутил
супроводжується зменшенням ширини за-
бороненої зони до 3,02 еВ, що, попри роз-
ширення спектра поглинання, часто при-
зводить до зниження загальної фотоката-
літичної активності матеріалу через високу
швидкість рекомбінації фотогенерованих
зарядів (електрон-діркових пар), що суттє-
во знижує квантовий вихід фотоструму [1].
Як наслідок, для фотозбудження TiO2
може бути ефективно використано лише
близько 5% енергії сонячного спектра. Для
зміщення краю оптичного поглинання TiO2
у видиму область (λ > 400 нм) застосовують
модифікування їхньої поверхні та об’єму,
зокрема деякими іонами рідкісноземель-
них елементів [2–5]. Таке модифікування
формує дефектні стани (активні центри),
що розширюють спектральну область по-
глинання та знижують швидкість реком-
бінації фотогенерованих носіїв заряду,
призводячи до помітного зростання фото-
каталітичної активності у видимому діапа-
зоні [2–4]. Нами раніше було досліджено
La-модифіковані TiO₂-плівки [5] і показано
аналогічні тенденції: червоний зсув краю
поглинання до видимої області, збережен-
ня анатазної структури з меншим розміром
кристалітів.
Враховуючи отримані результати [5],
науковий інтерес становить подальше ви-
вчення впливу РЗЕ-модифікаторів та ме-
ханізму впливу на кристалічну структуру,
електрокаталітичні та фотоелектрохімічні
властивості діоксиду титану. Одним із пер-
спективних модифікаторів у цьому ряду
є ітрій (Y3+). Дослідження показують, що
ітрій може входити до кристалічної ґратки
TiO2 [6,7,8] та деформувати її, заміщувати
іони Ti4+, утворюючи структуру Y–O–Ti,
але водночас більший радіус іона ітрію по-
рівняно з титаном ускладнює його інтегра-
цію в ґратку TiO2 [9,10], що викликає не
однозначність у механізмі впливу. З огляду
на це, доцільним є подальші дослідження
впливу модифікування ітрієм на криста-
лічну ґратку TiO2 та його властивості.
У зазначеній роботі наведено результати
дослідження впливу модифікування іона
ми ітрію плівок TiO2 на їхню структуру,
морфологію, фотоелектрохімічні та елек-
трокаталітичні властивості у процесі від-
новлення кисню, а також розглянуто мож-
ливість електрохімічного визначення іонів
Pb2+ за допомогою цих плівок
ЕКСПЕРИМЕНТ ТА ОБГОВОРЕННЯ РЕ-
ЗУЛЬТАТІВ. У роботі використано такі ме-
тоди: рентгенофазовий аналіз (РФА), ска-
нувальну електронну мікроскопію (СЕМ),
рентгенівську фотоелектронну спектроско-
пію (РФС), спектроскопію фотоелектро
хімічного струму та вольтамперометрію.
Плівки TiO2 синтезовано золь-гель-ме-
тодом на підкладках із титанової фольги.
При синтезі золю використано: етанол як
розчинник, тетраізопропоксид титану як
прекурсор, тритон X-100 як стабілізую-
чий агент, а також розчини ацетату ітрію
та нітрату лантану як модифікатори у кон-
центраціях 0,5–5 % ат. Одержані електроди
відпалювали на повітрі за 500 °C. Для от-
римання плівок TiO2, Y-TiO2 прозорий золь
наносили на підкладки з титанової фольги
методом занурювання (dip-coating) із по-
дальшим висушуванням і термічним обро-
бленням. Електроди з нанесеними шарами
золю піддавали термічному обробленню на
повітрі в муфельній печі («СНОЛ 7,2/900»)
за температури 500 °C протягом 30 хв із по-
35https://ucj.org.ua
І. А. Медик, В. С. Воробець, Г. Я. Колбасов, С. В. Карпенко, Т. В. Крищук, С. Я. Обловатна УХЖ № 3 / ТОМ 92
дальшим охолодженням до кімнатної тем-
ператури на повітрі.
Дифрактограми порошків TiO2, Y-TiO2
отримано за допомогою дифрактомет
ра «ДРОН-3М» (монохроматичне CuKα-
випромінювання з нікелевим фільтром,
λ = 1.5418 Ǻ) за напруги 30 кВ та струму
20 мА в діапазоні кутів 2θ = 10º–80º. Для
ідентифікації дифрактограм використову-
вали базу даних JCPDS. Частку аморфної
фази визначали з дифрактограм методом
інтегральних інтенсивностей з викорис-
танням ПЗ Origin. Апроксимацію криста-
лічних піків анатазу проводили за функці-
єю Лоренца, а аморфне гало моделювали за
допомогою широкої функції Ґаусса. Частку
аморфної фази розраховували як відно-
шення інтегральної інтенсивності аморф-
ної фази до суми інтегральних інтенсив-
ностей кристалічної фази та інтегральної
інтенсивності аморфної фази [11].
Зразки TiO2, модифіковані ітрієм (0,0–
5,0 ат.%) для порошкової рентгенівської
дифракції, отримували шляхом кальцину-
вання золів-прекурсорів модифікованого
діоксиду титану за 500 °C упродовж 30 хв.
Одержані зразки ретельно розтирали в
агатовій ступці та промивали ацетоном із
застосуванням центрифугування для вида-
лення домішок.
Морфологію поверхні плівок досліджу-
вали за допомогою сканувального електро-
нного мікроскопа (СЕМ) MIRA3 TESCAN
(прискорювальна напруга 10 кВ).
Поверхня наноструктурних модифіко-
ваних плівок діоксиду титану досліджува-
ли методом рентгенівської фотоелектро-
нної спектроскопії (РФС) на електронно-
му спектрометрі «ЕС-240УМ2» з рентге-
нівським джерелом із магнієвим анодом
(Е МgКa= 1253,6 еВ, Р = 200 Вт). Точність ви-
значення положення максимуму Ti2p3/2-лі-
нії складала ±0,05еВ, робочий вакуум у ка-
мері вимірювань спектрометра становив
1∙10-7 Па.
Спектри Ti2p-рівнів було розкладено на
зв’язані між собою для врахування спін-
орбітального розщеплення пари компо-
нент 2p3/2/2p1/2 з параметрами DЕ = 5,76 еВ;
I1/I2 = 0,5. Розкладання проводили методом
Ґаусса – Ньютона в режимі зв’язаних пара-
метрів. Варіювали інтенсивність компонент
та їхню енергію зв’язку. Ширина компонент
і співвідношення внесків ґаусс-лоренцево-
го розподілів у процесі розкладання спек-
трів фіксували. При розкладанні фон вира-
ховували методом Ширлі [12,13].
Фотоелектрохімічні характеристики плі-
вок Y-TiO2 (спектральну залежність кван-
тового виходу фотоструму [5]) оцінювали
за значеннями фотоструму. Фотоелектро
хімічні дослідження проводили в 1 н. роз-
чині KCl у кварцовій електрохімічній ко-
мірці з розділеними катодним і анодним
просторами за допомогою монохроматора
«МДР-2» та ксенонової лампи високого
тиску «ДКСШ-500». Як електрод порівнян-
ня використовували хлорсрібний електрод,
а як допоміжний – платиновий.
Електрокаталітичну активність електро-
дів у процесі електровідновлення кисню ви-
вчали у потенціодинамічному режимі з ви-
користанням потенціостата PGSTAT4-16.
Вимірювання проводили у фізіологічному
(0,9%) розчині NaCl. Електродом порівнян-
ня був хлорсрібний електрод.
Сенсорні властивості отриманих елект
родів вивчали на прикладі електрохіміч-
ного визначення іонів Pb2+ методом анод-
ної інверсійної вольтамперометрії (ІВАМ).
36 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА СЕНСОРНІ ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК Y- TiO2ФІЗИЧНА ХІМІЯ
Метод полягав у попередньому електро-
концентруванні продуктів катодної реакції
на робочому електроді з їхнім наступним
анодним окисненням [14]. Електроконцент
рування проводили в розчинах ацетатного
буфера (pH 5,0) у діапазоні потенціалів від
-1,2 до -1,6 В (відносно хлор-срібного елект
рода порівняння) протягом 120 с зі швид
кістю розгортання потенціалу 50 мВ∙с-1.
Згідно даних СЕМ (рис.1), плівки 1%
Y–TiO2 мали щільні однорідні поверхні із
зерном розміром 10–12 нм. Морфологічних
змін, пов’язаних з ефектами модифікатора,
не спостерігали.
Рис.1. СЕМ-мікрофотографія тонкої плівки
1%Y-TiO2 , відпаленої за 500 °C
Fig. 1. SEM micrograph of a thin 1%Y-TiO2 film
annealed at 500 °C.
Електроди TiO2, Y– TiO2, кальциновані
за 500 °C, складалися з єдиної фази анатазу
(рис. 2). Середній розмір кристалітів, розра-
хований за рівнянням Шеррера, для зразків
Y–TiO2 знаходився у діапазоні 10–12 нм, що
узгоджується з даними СЕМ (рис. 1).
Рис. 2. Дифрактограми порошків, одержаних
за 500 °С із прекурсорів плівок TiO2
зі вмістом ітрію: 1 – 0; 2 –1; 3 – 5% ат.
Fig. 2. XRD patterns of powders obtained
at 500 °C from TiO2 film precursors with
yttrium content: 1 – 0; 2 – 1; 3 – 5 at.%.
Зі збільшенням вмісту йонів ітрію у мо-
дифікованих зразках спостерігали змен-
шення середнього діаметра кристалітів,
що може свідчити про те, що підвищення
концентрації модифікатора перешкоджало
росту кристалітів [15]. Слід зазначити, що
ітрій відіграє роль структурного стабіліза-
тора, уповільнюючи фазові перетворення
та сприяючи збереженню високодисперс
ного стану діоксиду титану. Подібну тен-
денцію щодо інгібування росту зерен при
легуванні TiO2 ітрієм було описано у роботі
[16], де автори також відмічають кореляцію
між підвищенням концентрації рідкіснозе-
мельного елемента та зменшенням розміру
кристалітів, що в кінцевому підсумку пози-
тивно впливає на питому площу поверхні.
Встановлено, що на дифрактограмах
зразків Y-TiO2 з високим вмістом ітрію
(> 5 %) спостерігали гало в області значень
2q < 20° (рис. 2), зумовлене наявністю неак-
37https://ucj.org.ua
І. А. Медик, В. С. Воробець, Г. Я. Колбасов, С. В. Карпенко, Т. В. Крищук, С. Я. Обловатна УХЖ № 3 / ТОМ 92
тивної аморфної фази. Частка аморфної фази
у зразках становила для: немодифікованого
TiO2 ≈ 3%, 1%Y-TiO2 ≈ 9%, 5%Y-TiO2 ≈ 30%.
Табл. 1
Середній діаметр кристалітів порош
ків Y-TiO2, кальцинованих за 500° С
Table 1.
Average crystallite size of Y-TiO2 powders
calcined at 500 °C.
Склад D, нм
TiO2 14.0
1%Y-TiO2 12.2
5%Y-TiO2 10.0
На рис. 3 представлено спектри рент-
генівської фотоелектронної спектроскопії
(РФЕС) Ti2p для немодифікованого (а) та
модифікованого 5% Y (б) діоксиду тита-
ну. Піки Ti2p1/2 та Ti2p3/2 модифікованого
та немодифікованого TiO2 розташовано
при 464,5 еВ та 458,6 еВ відповідно. З рис. 3
видно, що модифікування ітрієм не змінює
стехіометрію поверхні. Враховуючи дані
РФА, які вказують на наявність аморф
ної фази, можна припустити, що введен-
ня ітрію сприяє аморфізації кристалічної
структури TiO2.
Рис. 3. Розкладені на компоненти Ti2p-спектри TiO2 (а), 5 % Y–TiO2 (б)
Fig. 3. Ti2p-spectra of TiO2 decomposed into components (а), 5 % Y–TiO2 (б).
Електрокаталітичні властивості отри-
маних плівок Y-TiO2 досліджено в процесі
електровідновлення кисню. Цей процес ле-
жить в основі роботи електрохімічних сен-
сорів O2, призначених для визначення кон-
центрації кисню в рідких середовищах [17].
На поляризаційних кривих досліджуваних
електродів на основі синтезованих плівок
спостерігали одну полярографічну хвилю
струму за потенціалів -(0,5 -1,0) В. Визначе-
не з рис. 4 значення граничного струму від-
повідало граничному дифузійному струму
відновлення кисню за 2-електронною схе-
мою у водному розчині 1н. NaCl за кімнат-
них умов згідно з [18].
Для модифікованих зразків спостері-
гали зміщення потенціалу електровіднов-
лення кисню в анодну область потенціалів
38 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА СЕНСОРНІ ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК Y- TiO2ФІЗИЧНА ХІМІЯ
порівняно з немодифікованими зразками,
що свідчить про збільшення їхньої елект
рокаталітичної активності (рис. 4).
Рис. 4. Поляризаційні криві електровід
новлення кисню на електродах: TiO2; 1%Y-TiO2;
3%Y-TiO2. Потенціали наведено відносно
хлорсрібного електроду.
Fig. 4. Polarization curves of oxygen electro
reduction on electrodes: TiO2; 1%Y-TiO2;
3%Y-TiO2. All potentials are referenced
to the Ag/AgCl electrode.
Важливими характеристиками електро-
дів для аналізу концентрації розчиненого
кисню є потенціал півхвилі струму віднов-
лення E1/2, а також ширина електрохіміч-
ного вікна ΔE. При цьому величина E1/2 має
бути мінімальною, щоб виключити можли-
ві побічні електрохімічні реакції, а величи-
на ΔE має бути максимальною, щоб досяг-
ти високої чутливості електродів і точності
вимірювань.
Плівки Y–TiO2 залежно від концентрації
модифікатора вирізнялися каталітичною
активністю в процесі електровідновлення
кисню, що проявлялося у зміні потенціалу
на півхвилі струму відновлення кисню та
динамічного діапазону електровідновлен-
ня О2 (табл. 2). Підвищення електрокаталі-
тичної активності спостерігали для зразків
TiO2, модифікованих 1 % Y; подальше під-
вищення вмісту модифікуючого елементу
призводило до зниження активності цих
зразків; подібні електрокаталітичні власти-
вості відмічено нами у роботі [5] для зраз-
ків діоксиду титану, модифікованого La.
Зниження електрокаталітичної активності
при збільшенні вмісту модифікатора, ймо-
вірно, пов’язано з екрануванням активних
центрів неактивною аморфною фазою на
поверхні, що підтверджується результата-
ми рентгенофазового аналізу (рис. 2), де
спостерігаємо гало за кутів 2q < 20°, яке
відповідає появі аморфної фази, кількість
якої збільшується зі збільшенням концен-
трації модифікатора (рис. 2). Зіставлення
отриманих результатів із даними для TiO2,
модифікованого лантаном [5], свідчить про
те, що вміст аморфної фази також зале-
жить, зокрема, від величини іонного раді-
усу модифікуючого катіона РЗЕ.
Табл. 2
Електрокаталітичні (E1/2 та ΔE) власти
вості електродів Y-TiO2 залежно від вміс
ту модифікатора
Table 2.
Electrocatalytic properties (E1/2 and ΔE)
of Y-TiO2 electrodes as a function of the
modifier content.
Склад Е1/2, В ΔЕ, В
0,5% Y-TiO2 -0,62 0,18
1% Y-TiO2 -0,55 0,24
3% Y-TiO2 -0,63 0,20
5% Y-TiO2 -0,65 0,16
39https://ucj.org.ua
І. А. Медик, В. С. Воробець, Г. Я. Колбасов, С. В. Карпенко, Т. В. Крищук, С. Я. Обловатна УХЖ № 3 / ТОМ 92
Фотоелектрохімічні властивості Y-TiO2
електродів. Аналіз фотокаталітичних влас
тивостей матеріалів TiO2, модифікованих Y,
показав їхню значну залежність від вмісту
модифікатора. Попри наявність літератур-
них даних щодо покращення фотокаталі-
тичних характеристик діоксиду титану при
модифікуванні ітрієм [11,16], питання його
впливу на фотоелектрохімічні властивості,
а саме квантовий вихід фотоструму, в літе-
ратурі залишилося малодослідженим.
Зі спектральних залежностей квантово-
го виходу фотоструму (рис. 5) встановлено,
що для зразків із вмістом Y до 5 % спосте-
рігали збільшення значень квантового ви-
ходу фотоструму та зміщення спектрів у
довгохвильову область порівняно з немо-
дифікованим TiO2. При збільшенні вмісту
модифікатора до Y 5 % значення кванто-
вого виходу фотоструму знижується, що
може бути пов’язано зі збільшенням амор-
фної фази (рис. 2), тоді як у роботі [5] для
електродів на основі діоксиду титану, мо-
дифікованого La, спостерігали схожу тен-
денцію, але значення квантового виходу
фотоструму зменшувалося при збільшенні
вмісту лантану до 3%.
Причиною такої різниці, можливо, є те,
що ітрій має менший іонний радіус (0,90 Å)
і ближчий за розміром до Ti⁴⁺(0,68 Å)[19],
тому вбудовується у ґратку стабільніше
і більше порівняно з лантаном (1,03 Å).
Можливо, це викликає меншу деформацію
решітки, утворює помірну кількість дефек-
тів, які ефективно захоплюють електрони,
але не створюють надмірних центрів ре-
комбінації. Тому ефект підвищення фото
чутливості зберігається навіть до 5 % Y,
тоді як для La – до 3 % порівняно з немоди-
фікованим TiO2.
Рис. 5. Спектральні залежності квантового
виходу фотоструму при потенціалі +0,4 В
для плівок Y–TiO2
Fig. 5. Spectral dependencies of the photocurrent
quantum yield for Y–TiO2 films at
a potential of +0.4 V.
Слід відмітити, що при збільшені вмісту
модифікуючого елементу у зразках Y–TiO2
квантовий вихід фотоструму спочатку зро-
став, а потім спадав і проходив через мак-
симум (рис. 5). Зменшення квантового ви-
ходу фотоструму пов’язано з екрануванням
активних центрів неактивною аморфною
фазою, згідно даних РФА. Аналогічну за-
лежність від вмісту ітрію у плівках Y–TiO2
ми спостерігали при дослідженні електро-
каталітичних властивостей електродів на
їхній основі (мінімальне значення потен-
ціалу півхвилі струму відновлення E1/2 де-
монстрували електроди зі вмістом ітрію 1%
ат. (табл. 2).
Отже, простежується певний взаємо-
зв’язок між фотоелектрохімічними та
електрокаталітичними властивостями і
структурними змінами, що відбуваються у
плівках діоксиду титану при модифікуван-
ні ітрієм.
40 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА СЕНСОРНІ ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК Y- TiO2ФІЗИЧНА ХІМІЯ
Сенсорні властивості було досліджено
на модифікованих електродах Y–TiO2 ме-
тодом ІВАМ. Для досліджень було обрано
зразки Y– TiO2 зі вмістом модифікатора
по 1 % ат., оскільки саме вони виявляють
найвищу каталітичну активність у проце-
сі електровідновлення кисню (табл. 2). На
рис. 6 представлено анодні поляризаційні
криві цих електродів у розчині ацетатного
буфера з додаванням іонів Pb2+.
Після попереднього катодного електро-
концентрування на анодних вольтамперо-
грамах спостерігаємо хвилі струму (рис. 6),
висота яких пропорційна концентрації іо-
нів свинцю. Встановлено, що аналітичний
сигнал іонів свинцю лінійно залежить від
їхньої концентрації у діапазоні 0,1–3,0 мг·л-1
у фоновому електроліті на основі ацетатно-
го буфера (рН 5,0).
Рис. 6. Вольтамперограми на електроді 1% Y-TiO2 в ацетатному буфері (рН 5,0) для йонів Pb2+
із концентраціями мг·л-1: 1 – 0,0; 2 – 0,1; 3 – 0,5; 4 – 1,0; 5 – 1,5; 6 – 2,0; 7 – 3,0.
Потенціал електроконцентрування – 1,4 В; час електроконцентрування – 120 с
Fig. 6. Voltammetric curves of Pb2+ ions on a 1% Y-TiO2 electrode in acetate buffer (pH 5.0)
at concentrations (mg·L⁻¹): 1 – 0.0; 2 – 0.1; 3 – 0.5; 4 – 1.0; 5 – 1.5; 6 – 2.0; 7 – 3.0.
Preconcentration potential: -1.4 V; preconcentration time: 120 s.
Застосування модифікованих електро-
дів Y–TiO2 як сенсорів за методом ІВАМ
дозволяє селективно визначати концентра-
цію свинцю без попереднього видалення
кисню (на відміну від ртутних, амальгам-
них, вуглецевих та інших електродів, які
зазвичай використовують за цим методом і
де розчинений кисень впливав на результа-
ти досліджень [20–23]. Присутність кисню
є небажаною, оскільки його електровіднов-
лення може спричиняти локальне підви-
щення pH внаслідок виснаження протонів
41https://ucj.org.ua
І. А. Медик, В. С. Воробець, Г. Я. Колбасов, С. В. Карпенко, Т. В. Крищук, С. Я. Обловатна УХЖ № 3 / ТОМ 92
[18] або утворення гідроксидів [24]. Згід-
но з діаграмами Пурбе, для наших зразків
за робочих значень потенціалу та pH іони
свинцю відновлюються до металевого ста-
ну [24] та окиснюються у анодній області
потенціалів, тому розчинений кисень не
заважає при визначені іонів свинцю.
Чутливість електродів Y–TiO2 до іонів
свинцю становила 0,01 мг·л-1. Встановле-
но, що електроди Y–TiO2 характеризуються
вищою аналітичною точністю (R2 = 0,9815)
порівняно з електродами La–TiO2 [5]. Така
різниця, можливо, зумовлена специфі-
кою розподілу модифікатора в структурі
діоксиду титану, що залежить від іонно-
го радіусу РЗЕ. Завдяки меншому радіусу
іони Y здатні частково займати міжвузлові
порожнини решітки TiO2 та деформувати
її [25], забезпечуючи гомогенність актив-
них центрів, тоді як іони La з більшим ра-
діусом можуть переважно сегрегувати на
межах зерен кристалітів. Подібну законо-
мірність спостерігали раніше у роботах [26,
27], де було показано, що зі збільшенням
радіусу РЗЕ їхня здатність до вбудовуван-
ня в міжвузля зменшується, що призводи-
ло до структурної неоднорідності. Високе
значення R2 для Y-модифікованих плівок
підтверджує їхню кращу придатність для
кількісного аналізу концентрації свинцю в
реальних об’єктах.
За значеннями межі кількісного визна-
чення електроди близькі до сучасних ма-
теріалів (наприклад, електроди на основі
ZnO, відновленого оксиду графену, фторо-
ваного графену з наночастинками золота),
які застосовують для визначення іонів важ-
ких металів методом ІВАМ [28–31]. Такі
матеріали часто мають обмеження, пов’яза-
ні зі складністю синтезу, високою вартістю
або токсичністю. Важливими перевагами
електродів Y–TiO2 є їхня нетоксичність, хі-
мічна стійкість у різних середовищах, низь-
ка вартість та простота синтезу, що робить
їх перспективними для використання в
електрохімічних сенсорних системах моні-
торингу іонів важких металів.
ВИСНОВКИ. Золь-гель-методом синте-
зовано порошки та плівки TiO2, модифіко-
вані Y, зі структурою анатазу. Встановлено
підвищену електрокаталітичну активність
модифікованих плівок TiO2 у процесі елек-
тровідновлення кисню зі вмістом модифі-
катора 1 ат. %. Це підтверджується знижен-
ням потенціалу напівхвилі та розширен-
ням динамічного діапазону електровіднов-
лення O2.
Модифікування зразків (зі вмістом Y <
5%) сприяє зростанню квантового виходу
фотоструму та батохромному зміщенню
його спектральних залежностей відносно
чистого діоксиду титану. Визначено опти-
мальний склад плівок для досягнення мак-
симального квантового виходу фотостру-
му 2 % для Y.
Встановлено, що аналітичний сигнал
іонів свинцю, отриманий методом ІВАМ
для Y–TiO2 електродів, лінійно залежав від
їхньої концентрації у діапазоні 0,1–3,0 мг·л-1
у фоновому електроліті на основі ацетатного
буфера (рН 5,0); чутливість до іонів свинцю
становила 0,01 мг·л-1, що вказує на перспек-
тивність отриманих електродів для викори-
стання у електрохімічному сенсорі свинцю.
ДЕТАЛІЗАЦІЯ ВКЛАДУ АВТОРІВ У
ПІДГОТОВКУ РУКОПИСУ:
І. А. Медик: синтез зразків, дослідження
їхніх сенсорних властивостей, написання
рукопису;
42 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА СЕНСОРНІ ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК Y- TiO2ФІЗИЧНА ХІМІЯ
В. С. Воробець: фотоелектрохімічні і
електрокаталітичні дослідження, інтерпре-
тація та обговорення результатів, редагу-
вання рукопису;
Г. Я. Колбасов: обговорення результатів,
редагування рукопису;
С. В. Карпенко: дослідження зразків ме-
тодом РФА (рентгенофазовий аналіз).
Т. В. Крищук: дослідження зразків ме-
тодом РФС;
С. Я. Обловатна: приготування зразків
для аналізу РФА.
КОНФЛІКТ ІНТЕРЕСІВ. Автори заявля-
ють про відсутність конфлікту інтересів.
ПОДЯКА. Роботу профінансова-
но Національною академією наук
України в рамках конкурсного про-
єкту № 0125U000651.
PHYSICOCHEMICAL AND SENSORY PROPERTIES
OF Y-TiO2 FILMS.
I.A.Medyk1*, V.S.Vorobets1,
G.Yа. Kolbasov1, S.V. Karpenko2,
T.V. Kryshchuk1, S.Y. Oblovatna1
1Vernadsky Institute of General and Inorganic
Chemistry, National Academy of Sciences
of Ukraine,
32/34 Academiсa Palladina Ave. 03142 Kyiv,
Ukraine;
2Frantzevych Institute for Problems of Materials
Science, National Academy of Sciences
of Ukraine,
3 Omelyanа Pritsaka St., 03142 Kyiv, Ukraine
*e-mail: medykiryna@gmail.com
The study focuses on the investigation of
the effect of yttrium ion modification on the
structural, morphological, photoelectroche
mical, electrocatalytic, and sensing properties
of nanostructured titanium dioxide (TiO2)
films. The Y-TiO2 films, with yttrium con-
centrations ranging from 0.5 to 5.0 at.%, were
synthesized using a sol-gel method by anneal-
ing at 500 °C. Characterization was performed
using XRD, photocurrent spectroscopy, and
voltammetry.
XRD analysis revealed that all synthesized
samples maintained a single-phase anatase
structure. It was established that yttrium acts
as a structural stabilizer, effectively inhibiting
crystallite growth; the average crystallite size
decreased from 14.0–10.0 nm. However, in-
creasing yttrium content led to partial amor-
phization of the TiO2.
The photoelectrochemical results demons
trated a substantial increase in the photocur-
rent quantum yield and a bathochromic shift
of the spectral maxima for modified films com-
pared to pristine TiO2. The optimal yttrium
concentration for maximizing photosensitivity
was found to be 2.0 at.%. This enhancement is
attributed to the creation of defect states and
active centers that facilitate charge separation
and extend the absorption range into the visi-
ble spectrum.
Electrocatalytic investigations into the oxy
gen reduction reaction (ORR) in 0.9% NaCl
solution showed that 1% Y-TiO2 electrodes
exhibit the highest activity, characterized by a
shift in the half-wave potential of oxygen re-
duction toward the anodic region and an ex-
panded dynamic range. Higher yttrium con-
43https://ucj.org.ua
І. А. Медик, В. С. Воробець, Г. Я. Колбасов, С. В. Карпенко, Т. В. Крищук, С. Я. Обловатна УХЖ № 3 / ТОМ 92
centrations led to a decrease in ORR activity,
likely due to the screening of active sites by the
inactive amorphous phase.
The sensory properties were evaluated using
anodic stripping voltammetry for the detection
of lead ions (Pb2+) in liquids. The 1% Y-TiO2
electrodes demonstrated a linear response in
the concentration range of 0.1–3.0 mg/L with
a sensitivity of 0.01 mg∙L-1.
Keywords: titanium dioxide, yttrium, pho-
tosensitivity, oxygen reduction.
ЛІТЕРАТУРА
1. Žerjav G., Žižek K., Zavašnik J., Pintar A.
Brookite vs. rutile vs. anatase: What`s behind
their various photocatalytic activities? Journal
of Environmental Chemical Engineering. 2022.
10. P. 107722.
https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.107722
2. Saqib N., Adnan R., Shah I. A mini-review on
rare earth metal-doped TiO2 for photocataly
tic remediation of wastewater. Environmen-
tal Science and Pollution Research. 2016. 23.
P. 15941–15951.
https://doi.org/10.1007/s11356-016-6984-7
3. Radha E., Komaraiah D., Sayanna R., Sivaku-
mar J. Photoluminescence and photocatalytic
activity of rare earth ions doped anatase TiO2
thin films. Journal of Luminescence. 2022. 244.
P. 118727.
https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2022.118727
4. Prakash J., Kumar A., Dai H., Janegitz B.,
Krishnan V., Swart H., Sun, S. Novel rare earth
metal doped one dimensional TiO2 nano
structures: Fundamentals and multifunctional
applications. Materials Today Sustainability.
2021. 13. P. 100066.
https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2021.100066
5. Vorobets V.S., Kolbasov G.Y., Medyk I.A. Elec-
trocatalytic, Photoelectrochemical, and Sen-
sor Properties of Nanostructured TiO2 Films
Modified with Lanthanum Ions. Theor Exp
Chem. 2025. 61. P. 50–60.
https://doi.org/10.1007/s11237-025-09852-w
6. Prabakaran S., Nisha K.D., Harish S., Archa
na J., Navaneethan M. Yttrium incorpora
ted TiO2/rGO nanocomposites as an efficient
charge transfer layer with enhanced mobility
and electrical conductivity. Journal of Alloys
and Compounds. 2021. 885. P. 160936.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160936
7. Deng X., Wang Y., Chen Y., Cui Z., Shi C.
Yttrium-doped TiO2 compact layers for effi
cient perovskite solar cells. Journal of Solid
State Chemistry. 2019. 275. P. 206–209.
https://doi.org/10.1016/j.jssc.2019.04.022
8. Said N., Sahdan M., Nayan N., Saim H., Adri-
yanto F., Bakri A., Morsin M. Difference in
structural and chemical properties of sol–gel
spin coated Al doped TiO2, Y doped TiO2 and
Gd doped TiO2 based on trivalent dopants.
RSC Advances. 2018. 8: P. 29686–29697.
https://doi.org/10.1039/C8RA03950J
9. Kubiak A. Cegłowski M. Unraveling the im-
pact of microwave‑assisted techniques in the
fabrication of yttrium‑doped TiO2 photocata-
lyst. Scientific Reports. 2024. 14. P. 262.
https://doi.org/10.1038/s41598-023-51078-0
10. Kumar K. S., Song C.-G., Bak G. M., Heo G.,
Seong M.-J., Yoon J.-W. Phase control of yttri-
um (Y)-doped TiO2 nanofibers and intensive
visible photoluminescence. Journal of Alloys
and Compounds. 2014. 617. P. 683–687.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.08.067
11. Jensen H., Joensen K.D., Jørgensen J.-E., Pe
dersen J.S., Søgaard E.G. Characterization of
nanosized partly crystalline photocatalysts. J.
Nanopart. Res. 2004 6. P. 519–526.
https://doi.org/10.1007/s11051-004-1714-3
12. Biesinger M.C., LauGerson L.W.M., A., Smart
R.St.C. Resolving Surface Chemical States in
XPS Analysis of First Row Transition Metals,
Oxides and Hydroxides: Sc, Ti, V, Cu and Zn.
Applied Surface Science. 2010. 257. P. 887–898.
13. Crist B.V. Handbook of Monochromatic XPS
44 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА СЕНСОРНІ ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК Y- TiO2ФІЗИЧНА ХІМІЯ
Spectra: The Elements and Native Oxides.
Chichester : Wiley. 2000. P. 560.
14. Zhao T., Wenqin W., Chuanqi F., Huimin W.,
Zhaowei Z. Simultaneous determination of
heavy metals by an electrochemical method
based on a nanocomposite consisting of fluor-
inated graphene and gold nanocage. Micro-
chimica Acta. 2020. 187(7). P. 414.
https://doi.org/10.1007/s00604-020-04393-6
15. Vorobets V.S., Kolbasov G.Yа., Medyk I.A.,
Harashchenko A.Y., Karpenko S.V., Oblovat-
na S.Ya., Antoniuk N.G Synthesis, Photo- and
Electrocatalytic Properties of Nanostructured
Y-TiO2 Films. Surface Engineering and Applied
Electrochemistry. 2021. 57(5). P. 535–541.
https://doi.org/10.3103/S1068375521050136
16. Wang Y., Lu K., Feng C. Photocatalytic degra-
dation of methyl orange by polyoxometalates
supported on yttrium-doped TiO2. Journal of
Rare Earths. 2011. 29(9): P. 866.
https://doi.org/10.1016/S1002-0721(10)60557-1
17. Siddika M., Hasan M., Oyshi T., Hasnat M.
Electrocatalytic Reduction of O2 by ITO-IrOx:
Implication for Dissolved Oxygen Sensor
in the Alkaline Medium. Electrochem. 2023.
4 (2). P. 145–155.
https://doi.org/10.3390/electrochem4020012
18. Колбасов Г. Я., Воробець В. С. Електроди
для сенсора розчиненого кисню на основі
оксидів Ti, Zr та W/ Збірник праць з комп-
лексної програми фундаментальних дослі-
джень НАН України. Дослідження у галу-
зі сенсорних систем та технологій. Київ:
Інститут молекулярної біології і генетики
НАН України, за ред. Єльської Г. В., Похо-
денка В. Д. 2006. 408 с.
19. Burdett J. K., Hughbanks T., Miller G. J., Ri
chardson J. W., Smith J. V. Structural-electron-
ic relationships in the polymorphs of titanium
dioxide. Journal of the American Chemical So-
ciety. 1987. 109(12). P. 3639–3646.
20. Xu K., Pérez-Ràfols C., Marchoud A., Cuar
tero M., Crespo, G. Anodic Stripping Voltam-
metry with the Hanging Mercury Drop Elec-
trode for Trace Metal Detection in Soil Samp
les. Chemosensors. 2021. 9. P. 107.
https://doi.org/10.3390/chemosensors9050107
21. Coelho M. K. L., De Oliveira H. L., De Almei-
da F. G., Borges K. B., Tarley C. R. T., Pereira
A. C. Development of carbon paste electrode
modified with cadmium ion-imprinted poly-
mer for selective voltammetric determination
of Cd2+.International Journal of Environmen-
tal Analytical Chemistry. 2017. 97(14–15).
P. 1378–1392.
https://doi.org/10.1080/03067319.2018.1424330
22. Zhao D., Guo X., Wang T., Alvarez N., Shanov
V.N. Heineman W.R. Simultaneous Detection
of Heavy Metals by Anodic Stripping Voltam-
metry Using Carbon Nanotube Thread. Elec-
troanalysis. 2014. 26. P. 488–496.
https://doi.org/10.1002/elan.201300511
23. Borrill A. J., Reily N. E., Macpherson J. V. Ad-
dressing the practicalities of anodic stripping
voltammetry for heavy metal detection: a tu-
torial review. Analyst. 2019. 144. P. 6834–6849.
https://doi.org/10.1039/C9AN01437C
24. Pourbaix M. Atlas of Electrochemical Equilib-
ria in Aqueous Solutions. Houston : National
Association of Corrosion Engineers. 1974.
644 p.
25. Said N., Sahdan M., Nayan N., Saim H., Adri-
yanto F., Bakri A., Morsin M. Difference in
structural and chemical properties of sol–gel
spin coated Al doped TiO2, Y doped TiO2 and
Gd doped TiO2 based on trivalent dopants.
RSC Advances. 2018. 8. P. 29686–29697.
https://doi.org/10.1039/c8ra03950j
26. Nadolna J., Grzyb T., Sobczak J., Lisowski W.,
Gazda M. Ohtani B., Zaleska-Medynska A.
Visible light activity of rare earth metal doped
(Er3+, Yb3+ or Er3+/Yb3+) titania photocata-
lysts. Applied Catalysis B Environmental. 2015.
163. P. 40–49.
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.07.010
27. Yurtsever H., Çiftçioǧlu M. The effect of rare
earth element doping on the microstructural
evolution of sol-gel titania powders. Journal
45https://ucj.org.ua
І. А. Медик, В. С. Воробець, Г. Я. Колбасов, С. В. Карпенко, Т. В. Крищук, С. Я. Обловатна УХЖ № 3 / ТОМ 92
of Alloys and Compounds. 2017. 695. P. 1336–
1353.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.10.275
28. Beitollahi H., Tajik S., Garkani Nejad F. Sa-
faei M. Recent advances in ZnO nanostruc-
ture-based electrochemical sensors and bio-
sensors Mater. Chem. B. 2020. 8: 5826.
https://doi.org/10.1039/D0TB00569J
29. Rehman A. U., Fayaz M., Lv H., Liu Y., Zhang J.,
Wang Y., Du L., Wang R., Shi K. Controlla-
ble Synthesis of a Porous PEI-Functionalized
Co3O4/rGO Nanocomposite as an Electro-
chemical Sensor for Simultaneous as Well as
Individual Detection of Heavy Metal Ions.
ACS Omega. 2022. 7 (7). P. 5870–5882.
https://doi.org/10.1021/acsomega.1c05989
30. Tan Z., Wu W., Feng, C., Wu H., Zhangт Z .Si-
multaneous determination of heavy metals by
an electrochemical method based on a nano-
composite consisting of fluorinated graphene
and gold nanocage. Microchim Acta. 2020.
187. P. 414.
https://doi.org/10.1007/s00604-020-04393-6
31. Shirsat M.D., Hianik T. Electrochemical De-
tection of Heavy Metal Ions Based on Nano-
composite Materials. Journal of Composites
Science. 2023. 7(11). P. 473.
https://doi.org/10.3390/jcs7110473
REFERENCES
1. Žerjav G., Žižek K., Zavašnik J., Pintar A.
Brookite vs. rutile vs. anatase: What`s behind
their various photocatalytic activities? Journal
of Environmental Chemical Engineering. 2022.
10: 107722.
https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.107722.
2. Saqib N., Adnan R., Shah I. A mini-review on
rare earth metal-doped TiO2 for photocata-
lytic remediation of wastewater. Environmen-
tal Science and Pollution Research. 2016. 23:
15941–15951.
https://doi.org/10.1007/s11356-016-6984-7.
3. Radha E., Komaraiah D., Sayanna R., Sivaku-
mar J. Photoluminescence and photocatalytic
activity of rare earth ions doped anatase TiO2
thin films. Journal of Luminescence. 2022. 244:
118727.
https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2022.118727.
4. Prakash J., Kumar A., Dai H., Janegitz B.,
Krishnan V., Swart H., Sun, S. Novel rare earth
metal doped one dimensional TiO2 nano
structures: Fundamentals and multifunctional
applications. Materials Today Sustainability.
2021. 13:100066.
https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2021.100066.
5. Vorobets V.S., Kolbasov G.Y., Medyk I.A.
Electrocatalytic, Photoelectrochemical, and
Sensor Properties of Nanostructured TiO2
Films Modified with Lanthanum Ions. Theor
Exp Chem. 2025. 61: 50–60.
https://doi.org/10.1007/s11237-025-09852-w.
6. Prabakaran S., Nisha K.D., Harish S., Arch-
ana J., Navaneethan M. Yttrium incorpora
ted TiO2/rGO nanocomposites as an efficient
charge transfer layer with enhanced mobility
and electrical conductivity. Journal of Alloys
and Compounds. 2021. 885: 160936.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160936
7. Deng X., Wang Y., Chen Y., Cui Z., Shi C.
Yttrium-doped TiO2 compact layers for ef-
ficient perovskite solar cells. Journal of Solid
State Chemistry. 2019. 275: 206–209.
doi: https://doi.org/10.1016/j.jssc.2019.04.022.
8. Said N., Sahdan M., Nayan N., Saim H., Adri-
yanto F., Bakri A., Morsin M. Difference in
structural and chemical properties of sol–gel
spin coated Al doped TiO2, Y doped TiO2 and
Gd doped TiO2 based on trivalent dopants.
RSC Advances. 2018. 8: 29686–29697.
9. Kubiak A. Cegłowski M. Unraveling the im-
pact of microwave‑assisted techniques in the
fabrication of yttrium‑doped TiO2 photocata-
lyst. Scientific Reports. 2024. 14: 262.
https://doi.org/10.1038/s41598-023-51078-0
10. Kumar K. S., Song C.-G., Bak G. M., Heo G.,
Seong M.-J., Yoon J.-W. Phase control of yttri-
um (Y)-doped TiO2 nanofibers and intensive
visible photoluminescence. Journal of Alloys
46 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА СЕНСОРНІ ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК Y- TiO2ФІЗИЧНА ХІМІЯ
and Compounds. 2014. 617: 683–687.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.08.067
11. Jensen H., Joensen K.D., Jørgensen J.-E., Pe
dersen J.S., Søgaard E.G. Characterization of
nanosized partly crystalline photocatalysts. J.
Nanopart. Res. 2004 6:519–526.
https://doi.org/10.1007/s11051-004-1714-3
12. Biesinger M.C., LauGerson L.W.M., A., Smart
R.St.C. Resolving Surface Chemical States
in XPS Analysis of First Row Transition Me
tals, Oxides and Hydroxides: Sc, Ti, V, Cu and
Zn. Applied Surface Science. 2010. 257: 887–
898.
13. Crist B.V. Handbook of Monochromatic XPS
Spectra: The Elements and Native Oxides.
Chichester : Wiley. 2000. P. 560.
14. Zhao T., Wenqin W., Chuanqi F., Huimin W.,
Zhaowei Z. Simultaneous determination of
heavy metals by an electrochemical method
based on a nanocomposite consisting of fluo
rinated graphene and gold nanocage. Micro-
chimica Acta. 2020. 187(7): 414.
https://doi.org/10.1007/s00604-020-04393-6.
15. Vorobets V.S., Kolbasov G.Yа., Medyk I.A.,
Harashchenko A.Y., Karpenko S.V., Oblovat-
na S.Ya., Antoniuk N.G Synthesis, Photo- and
Electrocatalytic Properties of Nanostructured
Y-TiO2 Films. Surface Engineering and Applied
Electrochemistry. 2021. 57(5): 535–541.
https://doi.org/10.3103/S1068375521050136.
16. Wang Y., Lu K., Feng C. Photocatalytic degra-
dation of methyl orange by polyoxometalates
supported on yttrium-doped TiO2. Journal of
Rare Earths. 2011. 29(9): 866.
https://doi.org/10.1016/S1002-0721(10)60557-1
17. Siddika M., Hasan M., Oyshi T., Hasnat M.
Electrocatalytic Reduction of O2 by ITO-IrOx:
Implication for Dissolved Oxygen Sensor
in the Alkaline Medium. Electrochem. 2023.
4 (2): 145–155.
https://doi.org/10.3390/electrochem4020012.
18. Kolbasov G.Yа., Vorobets V.S. Elektrody dlia
sensora rozchynenoho kysniu na osnovi oksy-
div Ti, Zr ta W/ Zbirnyk prats z kompleksnoi
prohramy fundamentalnykh doslidzhen NAN
Ukrainy. Doslidzhennia u haluzi sensornykh
system ta tekhnolohii. Kyiv: Instytut mole-
kuliarnoi biolohii i henetyky NAN Ukrainy,
za red. Yelskoi H.V., Pokhodenka V.D. 2006.
408 s.
19. Burdett J. K., Hughbanks T., Miller G. J., Rich-
ardson J. W., Smith J. V. Structural-electronic
relationships in the polymorphs of titanium
dioxide. Journal of the American Chemical So-
ciety. 1987. 109(12): 3639–3646.
20. Xu K., Pérez-Ràfols C., Marchoud A., Cuarte-
ro M., Crespo, G. Anodic Stripping Voltam-
metry with the Hanging Mercury Drop Elec-
trode for Trace Metal Detection in Soil Sam-
ples. Chemosensors. 2021. 9: 107.
https://doi.org/10.3390/chemosensors9050107.
21. Coelho M. K. L., De Oliveira H. L., De Almei-
da F. G., Borges K. B., Tarley C. R. T., Pereira
A. C. Development of carbon paste electrode
modified with cadmium ion-imprinted poly-
mer for selective voltammetric determination
of Cd2+.International Journal of Environmental
Analytical Chemistry. 2017. 97(14–15): 1378–
1392.
https://doi.org/10.1080/03067319.2018.1424330
22. Zhao D., Guo X., Wang T., Alvarez N., Shanov
V.N. Heineman W.R. Simultaneous Detection
of Heavy Metals by Anodic Stripping Voltam-
metry Using Carbon Nanotube Thread. Elec-
troanalysis. 2014. 26: 488–496. https://doi.
org/10.1002/elan.201300511
23. Borrill A. J., Reily N. E., Macpherson J. V.
Addressing the practicalities of anodic strip-
ping voltammetry for heavy metal detection: a
tutorial review. Analyst. 2019. 144: 6834–6849.
https://doi.org/10.1039/C9AN01437C
24. Pourbaix M. Atlas of Electrochemical Equilib-
ria in Aqueous Solutions. Houston : National
Association of Corrosion Engineers. 1974.
644 p.
25. Said N., Sahdan M., Nayan N., Saim H., Adri-
yanto F., Bakri A., Morsin M. Difference in
structural and chemical properties of sol–gel
47https://ucj.org.ua
І. А. Медик, В. С. Воробець, Г. Я. Колбасов, С. В. Карпенко, Т. В. Крищук, С. Я. Обловатна УХЖ № 3 / ТОМ 92
spin coated Al doped TiO2, Y doped TiO2 and
Gd doped TiO2 based on trivalent dopants.
RSC Advances. 2018. 8: 29686–29697.
https://doi.org/10.1039/c8ra03950j.
26. Nadolna J., Grzyb T., Sobczak J., Lisowski W.,
Gazda M. Ohtani B., Zaleska-Medynska A.
Visible light activity of rare earth metal doped
(Er3+, Yb3+ or Er3+/Yb3+) titania photocata-
lysts. Applied Catalysis B Environmental. 2015.
163: 40–49.
doi:10.1016/j.apcatb.2014.07.010.
27. Yurtsever H., Çiftçioǧlu M. The effect of rare
earth element doping on the microstructural
evolution of sol-gel titania powders. Journal of
Alloys and Compounds. 2017. 695: 1336–1353.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.10.275
28. Beitollahi H., Tajik S., Garkani Nejad F. Sa-
faei M. Recent advances in ZnO nanostruc-
ture-based electrochemical sensors and bio-
sensors Mater. Chem. B. 2020. 8: 5826.
https://doi.org/10.1039/D0TB00569J.
29. Rehman A. U., Fayaz M., Lv H., Liu Y., Zhang J.,
Wang Y., Du L., Wang R., Shi K. Controlla-
ble Synthesis of a Porous PEI-Functionalized
Co3O4/rGO Nanocomposite as an Electro-
chemical Sensor for Simultaneous as Well as
Individual Detection of Heavy Metal Ions.
ACS Omega. 2022. 7 (7): 5870–5882.
https://doi.org/10.1021/acsomega.1c05989
30. Tan Z., Wu W., Feng, C., Wu H., Zhangт Z .Si-
multaneous determination of heavy metals by
an electrochemical method based on a nano-
composite consisting of fluorinated graphene
and gold nanocage. Microchim Acta. 2020.
187: 414.
https://doi.org/10.1007/s00604-020-04393-6
31. Shirsat M.D., Hianik T. Electrochemical De-
tection of Heavy Metal Ions Based on Nano-
composite Materials. Journal of Composites
Science. 2023. 7(11): 473.
https://doi.org/10.3390/jcs7110473
Стаття надійшла: 28.03.2026.
Статтю прийнято до друку: 10.04.2026.
Статтю опубліковано: 30.04.2026.
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-773 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:14:25Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/e7/5c91e94e81389b44e70e2ad14bb2a4e7.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-7732026-07-22T08:23:57Z PHYSICOCHEMICAL AND SENSORY PROPERTIES OF Y-TiO2 FILMS Medyk, Iryna Vorobets, Vera Kolbasov, Gennadii Karpenko, Sergey Oblovatna, Svetlana titanium dioxide, yttrium, photosensitivity, oxygen reduction. The study focuses on the investigation of the effect of yttrium ion modification on the structural, morphological, photoelectrochemical, electrocatalytic, and sensing properties of nanostructured titanium dioxide (TiO2) films. The Y-TiO2 films, with yttrium concentrations ranging from 0.5 to 5.0 at.%, were synthesized using a sol-gel method by annealing at 500&nbsp;°C. Characterization was performed using XRD, photocurrent spectroscopy, and voltammetry. XRD analysis revealed that all synthesized samples maintained a single-phase anatase structure. It was established that yttrium acts as a structural stabilizer, effectively inhibiting crystallite growth; the average crystallite size decreased from 14.0–10.0 nm. However, increasing yttrium content led to partial amorphization of the TiO2. The photoelectrochemical results demonstrated a substantial increase in the photocurrent quantum yield and a bathochromic shift of the spectral maxima for modified films compared to pristine TiO2. The optimal yttrium concentration for maximizing photosensitivity was found to be 2.0 at.%. This enhancement is attributed to the creation of defect states and active centers that facilitate charge separation and extend the absorption range into the visible spectrum. Electrocatalytic investigations into the oxygen reduction reaction (ORR) in 0.9% NaCl solution showed that 1% Y-TiO2 electrodes exhibit the highest activity, characterized by a shift in the half-wave potential of oxygen reduction toward the anodic region and an expanded dynamic range. Higher yttrium concentrations led to a decrease in ORR activity, likely due to the screening of active sites by the inactive amorphous phase. The sensory properties were evaluated using anodic stripping voltammetry for the detection of lead ions (Pb2+) in liquids. The 1% Y-TiO2 electrodes demonstrated a linear response in the concentration range of 0.1–3.0&nbsp;mg/L with a sensitivity of 0.01 mg∙L-1. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2026-04-30 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/773 10.33609/2708-129X.92.3.2026.33-47 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 92 No. 3 (2026): Ukrainian Chemistry Journal; 33-47 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 92 ##issue.no## 3 (2026): Ukrainian Chemistry Journal; 33-47 Український хімічний журнал; Том 92 № 3 (2026): Ukrainian Chemistry Journal; 33-47 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/773/406 Copyright (c) 2026 Iryna Medyk, Vera Vorobets, Gennadii Kolbasov, Sergey Karpenko, Svetlana Oblovatna https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Medyk, Iryna Vorobets, Vera Kolbasov, Gennadii Karpenko, Sergey Oblovatna, Svetlana PHYSICOCHEMICAL AND SENSORY PROPERTIES OF Y-TiO2 FILMS |
| title | PHYSICOCHEMICAL AND SENSORY PROPERTIES OF Y-TiO2 FILMS |
| title_full | PHYSICOCHEMICAL AND SENSORY PROPERTIES OF Y-TiO2 FILMS |
| title_fullStr | PHYSICOCHEMICAL AND SENSORY PROPERTIES OF Y-TiO2 FILMS |
| title_full_unstemmed | PHYSICOCHEMICAL AND SENSORY PROPERTIES OF Y-TiO2 FILMS |
| title_short | PHYSICOCHEMICAL AND SENSORY PROPERTIES OF Y-TiO2 FILMS |
| title_sort | physicochemical and sensory properties of y-tio2 films |
| topic_facet | titanium dioxide yttrium photosensitivity oxygen reduction. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/773 |
| work_keys_str_mv | AT medykiryna physicochemicalandsensorypropertiesofytio2films AT vorobetsvera physicochemicalandsensorypropertiesofytio2films AT kolbasovgennadii physicochemicalandsensorypropertiesofytio2films AT karpenkosergey physicochemicalandsensorypropertiesofytio2films AT oblovatnasvetlana physicochemicalandsensorypropertiesofytio2films |