مقاله پژوهشی: بررسی ویژگی‌های سطحی و فوتوکاتالیستی لایه‌های نازک دی اکسید تیتانیوم الکتروانباشت شده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشیار، گروه علوم پایه، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

چکیده

در این پژوهش لایه­های نازک دی اکسید تیتانیوم به روش الکتروانباشت لایه­نشانی گردید. الکتروانباشت یک روش لایه نشانی با کیفیت بالا بدون نیاز به شرایط دما و فشار بالا می­باشد. در این روش با اعمال جریان الکتریکی به یک الکترولیت لایه مورد نظر بر روی زیرلایه انباشت می­گردد. در این تحقیق از زیر لایه آلومینیوم برای لایه نشانی استفاده گردید.  به منظور بررسی ویژگی­های ساختاری لایه انباشت شده از پراش اشعه ایکس استفاده شد و ساختار دی اکسید تیتانیوم،  آناتاز تععین گردید. سپس اندازه بلورک­ها و میزان کرنش شبکه با استفاده از رابطه دبای- شرر و  ویلیامسون- هال تعیین گردید. ویژگی­های سطحی لایه­های نازک انباشت شده با ضخامت­های مختلف با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی مورد بررسی قرار گرفت. میزان ناهمواری­های سطحی لایه­های نازک با رسم منحنی طول اسکن بر حسب زبری سطح به دست آمد و مشخص شد که لایه­ها دارای ناهمواری سطحی نابهنجار می­باشند. ویژگی­های فوتوکاتالیستی لایه نازک دی اکسید تیتانیوم بر روی رنگ­های آزو اسید آبی و اسید سیاه مورد بررسی قرار گرفت و میزان تخریب رنگ­های مورد بحث با استفاده از طیف مرئی- فرابنفش مورد مطالعه قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Research Paper: Investigation of Surface and Photocatalytic Properties of Electrodeposited Titanium Dioxide Thin Films

نویسنده [English]

  • Kambiz Hedayati
Associate Professor, Department of Science, Arak University of Technology, Arak, Iran.
چکیده [English]

In this paper, the titanium dioxide thin films were electrodeposited on the aluminum substrate. In electrodeposition, a pure or alloy material is deposited on a conductive or a semiconductor substrate from a solution by the passage of an electric current via two or three electrodes. The structure of TiO2 thin film with 1000 nm thickness was studied by X-ray diffraction. The crystallite size of the thin film was obtained about 41 nm via Debye– Scherrer equation. Also, the crystallite size and strain of lattice calculated by Williamson– Hall equation were about 46 nm and 0.004, respectively. The film surface roughness was investigated using an atomic force microscope (AFM). The logarithmic plots of roughness as a function of scan length for titanium dioxide films indicate that the film roughness increases as the film thickness increases. The electrodeposited TiO2 films exhibit anomalous scaling roughness behavior on the film thickness. The photocatalyst properties of TiO2 thin films were investigated via photodegradation of two azo dyes, acid blue and acid black, under ultraviolet irradiation. The absorbance spectra indicated that the titanium dioxide thin film with 1000 nm thickness degradation 94 % both acid blue and acid black in 60 min. Also, the increasing film thickness increased degradation at the same time.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electrodeposition
  • titanium dioxide
  • surface properties
  • photocatalytic
[1] Djokic S. S., Electrodeposition and Surface Finishing: Fundamentals and Applications, Springer Science & Business Media,1, 2014.
[2] Koorikkat A., Payton O., Picco L., Schwarzacher W., Imaging the Surface of a Polycrystalline Electrodeposited Cu Film in Real Time Using In Situ High-Speed AFM. Journal of the Electrochemical Society, 167, 162510, 2020.
[3] Natarajan C., Nogami G., Cathodic Electrodeposition of Nanocrystalline Titanium Dioxide Thin Films, Journal of the Electrochemical Society, 143, 1547-1550, 1996.  
[4] Abbasi A., Ghanbari D., Salavati-Niasari M., Hamadanian M., Photo-degradation of methylene blue: photocatalyst and magnetic investigation of Fe2O3–TiO2 nanoparticles and nanocomposites Journal of materials science: Materials in electronics, 27, 4800-4809, 2016.
[5] Shayegan Z., Lee C. S., Haghighat F., TiO2 photocatalyst for removal of volatile organic compounds in gas phase – A review, Chemical Engineering Journal, 334, 2408-2439, 2018.
[6] Esmaeil S., M.H.Ehsani M. H., Fazli M., Photo-catalytic activities of La0.7Ba 0.3MnO3 nanoparticles, Optik, 216, 16481, 2020.
[7] Ho W., Jimmy C. Yu J. C., Lee S., Photocatalytic activity and photo-induced hydrophilicity of mesoporous TiO2 thin films coated on aluminum substrate, Applied Catalysis B: Environmental, 73, 135–143, 2007.
[8] Kwon C. H., Shin H., Kim J. H., Choi W. S., Yoon K. H., Degradation of methylene blue via photocatalysis of titanium dioxide, Materials Chemistry and Physics, 86, 78–82, 2004.
[9] Yao M., Chen J., Zhao C., Chen Y., Photocatalytic activities of Ion doped TiO2 thin films when prepared on different substrates, Thin Solid Films 517, 5994–5999, 2009.
[10] Negishi N., Takeuchi K., Ibusuki T., Surface structure of the TiO2 thin film photocatalyst, Journal of Materials Science, 33, 5789 –5794, 1998.
[11] Negishi N., Takeuchi K., Preparation of TiO2 Thin Film Photocatalysts by Dip Coating Using a Highly Viscous Solvent, Journal of Sol-Gel Science and Technology, 22, 23–31, 2001.
[12] Anuratha K. S., Peng H. P., Xi Y., Su T. S., Wei T. C., Lin J. Y., Electrodeposition of nanostructured TiO2 thin film as an efficient bifunctional layer for perovskite solar cells, Electrochimica Acta, 295, 662-667, 2019.
[13] Oliva F. Y., Avalle L. B., Santos E., Camara O. R., Photoelectrochemical characterization of nanocrystalline TiO2 films on titanium substrates, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 146, 175-188, 2002.
[14] Ishikawa Y., Matsumoto Y., Electrodeposition of TiO2 photocatalyst into porous alumite prepared in phosphoric acid, Solid State Ionics, 151, 213– 218, 2002.
[15] Feng Z. S., Chen J. J., Zhang C., Zhao N., Liang Z., Formation of Al2O3–TiO2 composite oxide films on aluminum foil by cathodic electrodeposition and anodizing, Ceramics International, 38, 2501-2505, 2012.
[16] Mustapha S., Tijani J. O., Ndamitso M. M., Abdulkareem A. S., Shuaib D. T., Amigun A. T., Abubakar H. L., Facile synthesis and characterization of TiO2 nanoparticles: X-ray peak profile analysis using Williamson-Hall and Debye-Scherrer methods, International Nano Letters, 11, 241-261, 2021.
[17] Abdel-Aal S. K., Abdel-Rahman A. S., Graphene influence on the structure, magnetic, and optical properties of rare-earth perovskite J. Nanopart. Res. 22, 267, 2020.
[18] Zhou Q., Velleuer J., Heard P. J., Schwarzacher W., Surface Roughness and Magnetic Properties of Electrodeposited NiFeMo Thin Films, Electrochemical and Solid-State Letters, 12, D7-D10, 2009.
[19] Family F., Vicsek T., Dynamics of Fractal Surfaces, World Scientific, 1, 1991.
[20] Hedayati K., Structural and magnetic characterization of electrodeposited Ni–Cu/Cu and Fe–Ni–Cu/Cu multilayer, Appl. Phys. A, 118, 975-979, 2015.
[21] Nabiyouni G., Jalali Farahani B., Anomalous scaling in surface roughness evaluation of electrodeposited nanocrystalline Pt thin films, Applied Surface Science, 256, 674-682, 2009.