In this study, we demonstrate the photoelectrochromic devices composed of $TiO_2$ and $WO_3$ nanostructures prepared by anodization method. The morphology and the crystal structure of anodized $TiO_2$ nanotubes and $WO_3$ nanoporous layers are investigated by SEM and XRD. To fabricate a transparent photoelectrode on FTO substrate, a $TiO_2$ nanotube membrane, which has been detached from Ti substrate, is transferred to FTO substrate and annealed at $450^{\circ}C$ for 1 hr. The photoelectrode of $TiO_2$ nanotube and the counter electrode of $WO_3$ nanoporous layer are assembled and the inner space is filled with a liquid electrolyte containing 0.5 M LiI and 5 mM $I_2$ as a redox mediator. The properties of the photoelectrochromic devices is investigated and Pt-$WO_3$ electrode system shows better electrochromic performance compared to $WO_3$ electrode.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.445.1-445.1
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2014
Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have been widely investigated as a next-generation solar cell because of their simple structure and low manufacturing cost. The $TiO_2$ film with thickness of $8{\sim}10{\mu}m$, which consists of nanoparticles, acts as both a scaffold with a high surface-to-volume ratio for the dye loading and a pathway to remove the electrons. However, charge carriers have to move across many particle boundaries by a hopping mechanism. So, one dimensional nanostructures such as nanotubes, nanorods and nanowires should improve charge carrier transportation by providing a facile direct electron pathway and lowering the diffusion resistance. However, the efficiencies of DSSCs using one dimensional nanostructures are less than the $TiO_2$ nanoparticle-based DSSCs. In this work, the patterned $TiO_2$ film with thickness of $3{\mu}m$ was deposited using photolithography process to decrease of electron pathway and increase of surface area and transmittance of $TiO_2$ films. Properties of the patterned $TiO_2$ films were investigated by various analysis method such as X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy (FESEM) and UV-visible spectrophotometer.
With increasingly strict requirements for advanced energy storage devices in electric vehicles (EVs) and stationary energy storage systems (EES), the development of lithium-ion batteries (LIBs) with high power density and safety has become an urgent task. Because the performance of LIBs is determined primarily by the physicochemical characteristics of its electrode material, TiO2, owing to its excellent stability, high safety levels, and environmentally friendly properties, has received significant attention as an alternative material for the replacement of commercial carbon-based anode materials. In particular, self-organized TiO2 micro and nanostructures prepared by anodization have been intensively investigated as promising anode materials. In this review, the mechanism for the formation of anodic TiO2 nanotubes and microcones and the parameters that influence their morphology are described. Furthermore, recent developments in anodic TiO2-based composites as anode electrodes for LIBs to overcome the limitations of low conductivity and specific capacity are summarized.
We synthesized Fe-doped $TiO_2/{\alpha}-Fe_2O_3$ core-shell nanowires(NWs) by means of a co-electrospinning method and demonstrated their magnetic properties. To investigate the structural, morphological, chemical, and magnetic properties of the samples, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy were used, as was a vibrating sample magnetometer. The morphology of the nanostructures obtained after calcination at $500^{\circ}C$ exhibited core/shell NWs consisting of $TiO_2$ in the core region and ${\alpha}-Fe_2O_3$ in the shell region. In addition, the XPS results confirmed the formation of Fe-doped $TiO_2$ by the doping effect of $Fe^{3+}$ ions into the $TiO_2$ lattice, which can affect the ferromagnetic properties in the core region. For comparison, pure ${\alpha}-Fe_2O_3$ NWs were also fabricated using an electrospinning method. With regard to the magnetic properties, the Fe-doped $TiO_2/{\alpha}-Fe_2O_3$ core-shell NWs exhibited improved saturation magnetization(Ms) of approximately ~2.96 emu/g, which is approximately 6.1 times larger than that of pure ${\alpha}-Fe_2O_3$ NWs. The performance enhancement can be explained by three main mechanisms: the doping effect of Fe ions into the $TiO_2$ lattice, the size effect of the $Fe_2O3_$ nanoparticles, and the structural effect of the core-shell nanostructures.
We have successfully fabricated 3D (3-dimensional) nanostructures of $TiO_2$ coated with a $g-C_3N_4$ layer via hydrothermal and sintering methods to enhance photoelectrochemical (PEC) performance. Due to the coupling of $TiO_2$ and $g-C_3N_4$, the nanostructures exhibited good performance as the higher conduction band of $g-C_3N_4$, which can be combined with $TiO_2$. To fabricate 3D nanostructures of $g-C_3N_4/TiO_2$, $TiO_2$ was first grown as a double layer structure on FTO (Fluorine-doped tin oxide) substrate at $150^{\circ}C$ for 3 h. After this, the $g-C_3N_4$ layer was coated on the $TiO_2$ film at $520^{\circ}C$ for 4 h. As-prepared samples were varied according to loading of melamine powder, with values of loading of 0.25 g, 0.5 g, 0.75 g, and 1 g. From SEM and TEM analysis, it was possible to clearly observe the 3D sample morphologies. From the PEC measurement, 0.5 g of $g-C_3N_4/TiO_2$ film was found to exhibit the highest current density of $0.12mA/cm^2$, along with a long-term stability of 5 h. Compared to the pristine $TiO_2$, and to the 0.25 g, 0.75 g, and 1 g $g-C_3N_4/TiO_2$ films, the 0.5 g of $g-C_3N_4/TiO_2$ sample was coated with a thin $g-C_3N_4$ layer that caused separation of the electrons and the holes; this led to a decreasing recombination. This unique structure can be used in photoelectrochemical applications.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2014.11a
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pp.263-263
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2014
자외선 영역에서 우수한 광촉매 반도체인 이산화티탄($TiO_2$)은 환경, 에너지와 같은 분야 등에 유용하게 이용된다. 용액상에서 고활성 광촉매의 제조가 가능한 수열합성법에 의해 균일한 결정상의 나노 크기의 미세한 이산화티탄($TiO_2$) 입자를 제조하고, XRD, TEM, UV-vis-DRS, 그리고 염료의 광촉매 흡착 반응을 통하여 그 특성과 광촉매 효율을 조사하였다.
One-dimensional (1D) piezoelectric nanostructures are attractive candidates for energy generation because of their excellent piezoelectric properties attributed to their high aspect ratios and large surface areas. Vertically grown BaTiO3 nanotube (NT) arrays on conducting substrates are intensively studied because they can be easily synthesized with excellent uniformity and anisotropic orientation. In this study, we demonstrate the synthesis of 1D BaTiO3 NT arrays on a conductive Ti substrate by electrochemical anodization and sequential hydrothermal reactions. Subsequently, we explore the effect of hydrothermal reaction conditions on the piezoelectric energy conversion efficiency of the BaTiO3 NT arrays. Vertically aligned TiO2 NT arrays, which act as the initial template, are converted into BaTiO3 NT arrays using hydrothermal reaction with various concentrations of the Ba source and reaction times. To validate the electrical output performance of the BaTiO3 NT arrays, we measure the electricity generated from each NT array packaged with a conductive metal foil and epoxy under mechanical pushings. The generated output voltage signals from the BaTiO3 NT arrays increase with increasing concentration of the Ba source and reaction time. These results provide a new strategy for fabricating advanced 1D piezoelectric nanostructures by demonstrating the correlation between hydrothermal reaction conditions and piezoelectric output performance.
Chang, Ki-Seog;Bu, Sang-Don;Hernandez Bernadez A.;Fisher Ellen R.;Dorbout Peter K.
Korean Journal of Crystallography
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v.16
no.2
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pp.128-137
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2005
We report on the phase transitions of the perovskite nanostructures made by sol-gel template synthesis. The lead titanate ($PbTiO_{3}$) nanostructures were prepared with a chelate sol-gel of titanium tetrabutoxide ($Ti(O^{i}Pr){4}$) and lead acetate ($Pb(OAc)_{2}-3H_{2}O$). $Whatman^{\circledr}$ anodisc membranes (with about 200 nm pore size) served as the template. The template was dipped into the sol, allowed to air dry, and then calcined at $650^{\circ}C$. We have characterized the temperatures of the phase transitions in the $PbTiO_{3}$ nano-structures using DSC, DTA, and second harmonic generation (SHG).
Due to the rapidly diminishing energy sources and higher energy production cost, the interest in dye-sensitized solar cells (DSSCs) has been increasing dramatically in recent years. A typical DSSC is constructed of wide band gap semiconductor electrode such as $TiO_2$ or ZnO that are anchored by light-harvesting sensitizer dyes and surrounded by a liquid electrolyte with a iodide ion/triiodide ion redox couple. DSSCs based on one-dimensional nano-structures, such as ZnO nanorods, have been recently attracting increasing attention due to their excellent electrical conductivity, high optical transmittance, diverse and abundant configurations, direct band gap, absence of toxicity, large exiton binding energy, etc. However, solar-to-electrical conversion performances of DSSCs composed of ZnO n-type photo electrode compared with that of $TiO_2$ are not satisfactory. An important reason for the low photovoltaic performance is the dissolution of $Zn^{2+}$ by the adsorption of acidic dye followed by the formation of agglomerates with dye molecules which could block the I-diffusion pathway into the dye molecule on the ZnO surface. In this paper, we prepared the DSSC with the ZnO electrode using the chemical bath deposition (CBD) method under low temperature condition (< $100^{\circ}C$). It was demonstrated that the ZnO seed layers played an important role on the formation of the ZnO nanostructures using CBD. To achieve truly low-temperature growth of the ZnO nanostructures on the substrates, a two-step method was developed and optimized in the present work. Firstly, ZnO seed layer was prepared on the FTO substrate through the spin-coating method. Secondly, the deposited ZnO seed substrate was immersed into an aqueous solution of 0.25M zinc nitrate hexahydrate and 0.25M hexamethylenetetramine at $90^{\circ}C$ for hydrothermal reaction several times.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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