Comprehensive study on physicochemical properties of materials based on titanium suboxides

Олександр Веліченко; Валентина Книш; Олеся Шмичкова; Тетяна Лук'яненко; Світлана Пукас; Павло Демченко; Василь Кордан; Роман Гладишевський

doi:10.15330/pcss.25.3.617-625

Автор(и)

Олександр Веліченко Кафедра фізичної хімії, Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпро, Україна
Валентина Книш Кафедра фізичної хімії, Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпро, Україна
Олеся Шмичкова Кафедра фізичної хімії, Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпро, Україна
Тетяна Лук'яненко Кафедра фізичної хімії, Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпро, Україна
Світлана Пукас Кафедра неорганічної хімії, Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна
Павло Демченко Кафедра неорганічної хімії, Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна
Василь Кордан Кафедра неорганічної хімії, Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна
Роман Гладишевський Кафедра неорганічної хімії, Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.25.3.617-625

Ключові слова:

нанотрубки, діоксид титану, метали платинової групи, морфологія, фізико-хімічні властивості

Анотація

В роботі досліджено структуру поверхні та мікроструктурні зміни пористих діоксиднотитанових покриттів з електрохімічно нанесеними шарами платини та/або паладію. Зразки Ti, анодовані у фторовмісному електроліті, демонструють самоорганізовані нанотрубки різного діаметру з відкритими порами. Термічна обробка при 773 K призвела до ущільнення пористого шару, утворення тріщин і появи рифлення поверхні. Осадження платини викликало перехід від нанотрубчастої поверхневої структури до мікрокристалічної структури, що складалася з кристалітів рутилу. Зразки, покриті паладієм, показали розплавлені блоки, характерні для субоксидів титану. Трубчаста структура збереглася навіть після кристалізації. Зображення, отримані на скануючому електронному мікроскопі, демонструють гребінчастий характер у покриттях із різним вмістом металу. Аналіз рентгенівських порошкових дифракційних даних підтвердив наявність анатазу та елементарного титану. На поверхні термічно оброблених зразків виявлено PdO. Для зразків, оброблених спільно Pd і Pt, під час термічної обробки відбулася взаємна дифузія двох металів. Отримані дані розкривають характеристики поверхні, ефекти осадження металу та фазовий склад пористих покриттів із оксиду титану, надаючи цінну інформацію для подальших досліджень.

Посилання

C. Wang, M. Wang, K. Xie, Q. Wu, L. Sun, Z. Lin, C. Lin, Room temperature one-step synthesis of microarrays of N-doped flower-like anatase TiO2 composed of well-defined multilayer nanoflakes by Ti anodization, Nanotechnology, 22(30), 305607 (2011); https://doi.org/10.1088/0957-4484/22/30/305607.

K. Inoue, A. Matsuda, G. Kawamura, Tube length optimization of titania nanotube array for efficient photoelectrochemical water splitting, Scientific Reports, 13, 103 (2023); https://doi.org/10.1038/s41598-022-27278-5.

H. Martinez, J. Neira, A. A. Amaya, E. A. Páez-Mozo, F. Martinez Ortega, Selective photooxidation of valencene and thymol with nano-TiO2 and O2 as oxidant, Molecules, 28(9), 3868 (2023); https://doi.org/10.3390/molecules28093868.

G. Cha, S. Ozkan, I. Hwang, A. Mazare, P. Schmuki, Li+ doped anodic TiO2 nanotubes for enhanced efficiency of dye-sensitized solar cells, Surface Science, 718, 122012 (2022); https://doi.org/10.1016/j.susc.2021.122012.

J. Park, S. Kim, G. Lee, J. Choi, RGO-coated TiO2 microcones for high-rate lithium-ion batteries, ACS Omega, 3(8), 10205 (2018); https://doi.org/10.1021/acsomega.8b00926.

H. Yoo, G. Lee, J. Choi, Binder-free SnO2-TiO2 composite anode with high durability for lithium-ion batteries, RSC Advances, 9, 6589 (2019); https://doi.org/10.1039/C8RA10358E.

Y.-T. Kim, J. H. Youk, J. Choi, Inverse-direction growth of TiO2 microcones by subsequent anodization in HClO4 for increased performance of lithium-ion batteries, ChemElectroChem, 7(5), 1057 (2020); https://doi.org/10.1002/celc.202000114.

N. Rodriguez-Barajas, U. de Jesús Martin-Camacho, A. Pérez-Larios, Mechanisms of metallic nanomaterials to induce an antibacterial effect, Current Topics in Medicinal Chemistry, 22(30), 2506 (2022); http://dx.doi.org/10.2174/1568026622666220919124104.

K. M. Chahrour, P. C. Ooi, A. M. Eid, A. Abdel Nazeer, M. Madkour, C. F. Dee, M. F. M. R. Wee, A. A. Hamzah, Synergistic effect of bi-phased and self-doped Ti+3 on anodic TiO2 nanotubes photoelectrode for photoelectrochemical sensing, Journal of Alloys and Compounds, 900, 163496 (2022); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163496.

O. I. Kasian, T. V. Luk’yanenko, P. Yu. Demchenko, R. E. Gladyshevskii, R. Amadelli, A. B. Velichenko, Electrochemical properties of thermally treated platinized Ebonex® with low content of Pt, Electrochimica Acta, 109, 630 (2013); https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.07.162.

M. Cerro-Lopez, Y. Meas-Vong, M. A. Mendez-Rojas, C. A. Martínez-Huitle, M. A. Quiroz, Formation and growth of PbO2 inside TiO2 nanotubes for environmental applications, Applied Catalysis B: Environment and Energy, B, 144, 174 (2014); https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2013.07.018.

V. Knysh, O. Shmychkova, T. Luk’yanenko, A. Velichenko, Template synthesis for the creation of photo- and electrocatalysts, Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 3, 86 (2023); https://doi.org/10.32434/0321-4095-2023-148-3-86-93.

M. Wtulich, M. Szkoda, G. Gajowiec, M. Gazda, K. Jurak, M. Sawczak, A. Lisowska-Oleksiak, Hydrothermal cobalt doping of titanium dioxide nanotubes towards photoanode activity enhancement, Materials, 14, 1507 (2021); https://doi.org/10.3390/ma14061507.

F. Riboni, N. T. Nguyen, S. So, P. Schmuki, Aligned metal oxide nanotube arrays: key-aspects of anodic TiO2 nanotube formation and properties, Nanoscale Horizons, 1, 445 (2016); https://doi.org/10.1039/C6NH00054A.

J. M. Macak, H. Tsuchiya, A. Ghicov, K. Yasuda, R. Hahn, S. Bauer, P. Schmuki, TiO2 nanotubes: selforganized electrochemical formation, properties and applications, Current Opinion in Solid State and Materials Science, 11(1/2), 3 (2007); https://doi.org/10.1016/j.cossms.2007.08.004.

O. Shmychkova, D. Girenko, A. Velichenko, Noble metals doped tin dioxide for sodium hypochlorite synthesis from low concentrated NaCl solutions, Journal Chemical Technology and Biotechnology, 97(4), 903 (2022); https://doi.org/10.1002/jctb.6973.

W. Kraus, G. Nolze, POWDER CELL – a program for the representation and manipulation of crystal structures and calculation of the resulting X-ray powder patterns, Journal of Applied Crystallography, 29, 301 (1996).

The Rietveld Method. IUCr Monographs on Crystallography, Ed. R. A. Young (University Press, Oxford 1995).

J. Rodriguez-Carvajal, Recent developments of the Program FULLPROF in Commission on Powder Diffraction (IUCr), Newsletter, 26, 12 (2001).

J. Rodriguez-Carvajal, T. Roisnel, Line broadening analysis using FullProf: determination of microstructural properties, Materials Science Forum, 443-444, 123 (2004); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.443-444.123.

A. Velichenko, V. Kordan, O. Shmychkova, V. Knysh, P. Demchenko, The effect of Ti/TiO2 treatment on morphology, phase composition and semiconductor properties, Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 4, 18 (2022); https://doi.org/10.32434/0321-4095-2022-143-4-18-23.

O. K. Varghese, D. Gong, M. Paulose, C. A. Grimes, E. C. Dickey, Crystallization and high-temperature structural stability of titanium oxide nanotube arrays, Journal of Materials Research, 18, 156 (2003); https://doi.org/10.1557/JMR.2003.0022.

G. Qi, X. Wang, J. Zhao, Ch. Song, Y. Zhang, F. Ren, N. Zhang, Fabrication and characterization of the porous Ti4O7 reactive electrochemical membrane, Frontiers in Chemistry, 9, 833024 (2021); https://doi.org/10.3389/fchem.2021.833024.

D. P. S. Palma, R. Z. Nakazato, E. N. Codaro, H. A. Acciari, Morphological and structural variations in anodic films grown on polished and electropolished titanium substrates, Materials Research, 22, 1 (2019); https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2019-0362.

A. Mazzarolo, M. Curioni, A. Vicenzo, P. Skeldon, G. E. Thompson, Anodic growth of titanium oxide: Electrochemical behaviour and morphological evolution, Electrochimica Acta, 75, 288 (2012); https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.04.114.

O. Shmychkova, T. Luk’yanenko, R. Amadelli, A. Velichenko, Electrodeposition of Ni2+-doped PbO2 and physicochemical properties of the coating, Journal of Electroanalytical Chemistry, 774, 88 (2016); https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2016.05.017.