To improve light absorption ability in the visible light region and the efficiency of the charge transfer reaction, Pd nanoparticles decorated with reduced TiO2 nanotube photocatalyst were synthesized. The reduced TiO2 nanotube photocatalyst was fabricated by anodic oxidation of Ti plate, followed by an electrochemical reduction process using applied cathodic potential. For TiO2 photocatalyst electrochemically reduced using an applied voltage of -1.3 V for 10 min, 38% of Ti4+ ions on TiO2 surface were converted to Ti3+ ion. The formation of Ti3+ species leads to the decrease in the band gap energy, resulting in an increase in the light absorption ability in the visible range. To obtain better photocatalytic efficiency, Pd nanoparticles were decorated through photoreduction process on the surface of reduced TiO2 nanotube photocatalyst (r10-TNT). The Pd nanoparticles decorated with reduced TiO2 nanotube photocatalyst exhibited enhanced photocurrent response, and high efficiency and rate constant for aniline blue degradation; these were ascribed to the synergistic effect of the new electronic state of the TiO2 band gap energy induced by formation of Ti3+ species on TiO2, and by improvement of the charge transfer reaction.
An anatase TiO2 nanotube array (NTA) was fabricated by anodization and successive heat treatments. When the anatase TiO2 NTA was cathodically polarized, its color changed to blue, and it could be used as an electrochemically active anode for an oxygen evolution reaction (OER) in alkaline water electrolysis. The structure of the blue anatase TiO2 NTA was controlled by the anodization conditions and its catalytic activity increased with an increase of the surface area. The activity of the blue anatase TiO2 NTA gradually reduced with the continued OER because of the partial oxidation of Ti3+ to Ti4+. However, an intermittent cathodic regeneration process could significantly slow its reduction rate. The blue anatase TiO2 NTA could be an alternative anode for alkaline water electrolysis.
Kim, Jae-Yup;Park, Sun-Ha;Choi, Jung-Woo;Shin, Jun-Young;Sung, Yung-Eun
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.08a
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pp.71-71
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2011
Dye-sensitized solar cells (DSCs) have drawn great academic attention due to their potential as low-cost renewable energy sources. DSCs contain a nanostructured TiO2 photoanode, which is a key-component for high conversion efficiency. Particularly, one-dimensional (1-D) nanostructured photoanodes can enhance the electron transport for the efficient collection to the conducting substrate in competition with the recombination processes. This is because photoelectron colletion is determined by trapping/detrapping events along the site of the electron traps (defects, surface states, grain boundaries, and self-trapping). Therefore, 1-D nanostructured photoanodes are advantageous for the fast electron transport due to their desirable features of greatly reduced intercrystalline contacts with specified directionality. In particular, anodic TiO2 nanotube (NT) electrodes recently have been intensively explored owing to their ideal structure for application in DSCs. Besides the enhanced electron transport properties resulted from the 1-D structure, highly ordered and vertically oriented nanostructure of anodic TiO2 NT can contribute additional merits, such as enhanced electrolyte diffusion, better interfacial contact with viscous electrolytes. First, to confirm the advantages of 1-D nanostructured material for the photoelectron collection, we compared the electron transport and charge recombination characteristics between nanoparticle (NP)- and nanorod (NR)-based photoanodes in DSCs by the stepped light-induced transient measurements of photocurrent and voltage (SLIM-PCV). We confirmed that the electron lifetime of the NR-based photoanode was much longer than that of the NP-based photoanode. In addition, highly ordered and vertically oriented TiO2 NT photoanodes were prepared by electrochemical anodization method. We compared the photovoltaic properties of DSCs utilizing TiO2 NT photoanodes prepared by one-step anodization and two-step anodization. And, to reduce the charge recombination rate, energy barrier layer (ZnO, Al2O3)-coated TiO2 NTs also applied in DSC. Furthermore, we applied the TiO2 NT photoanode in DSCs using a viscous electrolyte, i.e., cobalt bipyridyl redox electrolyte, and confirmed that the pore structure of NT array can enhance the performances of this viscous electrolyte.
The effect of $TiO_2$ nanotube (TNT) and nanoparticle (TNP) composite photoelectrode and the role of TNT to enhance the photo conversion efficiency in dye-sensitized solar cell (DSSC) have investigated in this study. Results demonstrated that the increase of the TNT content (1-15 %) into the electron collecting TNP film increases the open-circuit potential ($V_{oc}$) and short circuit current density ($J_{sc}$). Based on the impedance analysis, the increased $V_{oc}$ was attributed to the suppressed recombination between electrode and electrolyte or dye. Photochemical analysis revealed that the increased Jsc with the increased TNT content was due to the scattering effect and the reduced electron diffusion path of TNT. The highest $J_{sc}$ (12.6 mA/$cm^2$), Voc (711 mV) and conversion efficiency (5.9%) were obtained in the composite photoelectrode with 15% TNT. However, $J_{sc}$ and $V_{oc}$ was decreased for the case of 20% TNT, which results from the significant reduction of adsorbed dye amount and the poor attachment of the film on the fluorine-doped tin oxide (FTO). Therefore, application of this composite photoelectrode is expected to be a promising approach to improve the energy conversion efficiency of DSSC.
Electrochemical surface treatment is commonly used to form a thin, rough, and porous oxidation layer on the surface of titanium. The purpose of this study was to investigate the formation of nanotubular titanium oxide arrays during short anodization processing. The specimen used in this study was 99.9% pure cp-Ti (ASTM Grade II) in the form of a disc with diameter of 15 mm and a thickness of 1 mm. A DC power supplier was used with the anodizing apparatus, and the titanium specimen and the platinum plate ($3mm{\times}4mm{\times}0.1mm$) were connected to an anode and cathode, respectively. The progressive formation of $TiO_2$ nanotubes was observed with FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy). Highly ordered $TiO_2$ nanotubes were formed at a potential of 20 V in a solution of 1M $H_3PO_4$ + 1.5 wt.% HF for 10 minutes, corresponding with steady state processing. The diameters and the closed ends of $TiO_2$ nanotubes measured at a value of 50 cumulative percent were 100 nm and 120 nm, respectively. The $TiO_2$ nanotubes had lengths of 500 nm. As the anodization processing reached 10 minutes, the frequency distribution for the diameters and the closed ends of the $TiO_2$ nanotubes was gradually reduced. Short anodization processing for $TiO_2$ nanotubes of within 10 minutes was established.
Calderon Moreno, J.M.;Drob, P.;Vasilescu, C.;Drob, S.I.;Popa, M.;Vasilescu, E.
Corrosion Science and Technology
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v.16
no.5
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pp.257-264
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2017
Film of new Ti-15Zr-5Nb alloy formed during galvanic anodizing in orthophosphoric acid solution was characterized by optical microscope, scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), and Raman micro-spectroscopy. Its anticorrosive properties were determined by electrochemical techniques. The film had a layer with nanotube-like porosity with diameters in 500-1000 nm range. The nano layer contained significant amounts of P and O as well as alloying element. Additionally, Raman micro-spectroscopy identified oxygen as oxygen ion in $TiO_2$ anatase and phosphorous as $P_2O_7{^{4-}}$ ion in phosphotitanate compound. All potentiodynamic polarization curves in artificial Carter-Brugirard saliva with pH values (pH= 3.96, 7.84, and 9.11) depending on the addition of 0.05M NaF revealed nobler behavior of anodized alloy and higher polarization resistance indicating the film is thicker and more compact nanolayer. Lower corrosion rates of the anodized alloy reduced toxicity due to less released ions into saliva. Bigger curvature radii in Nyquist plot and higher phase angle in Bode plot for the anodized alloy ascertain a thicker, more protective, insulating nanolayer existing on the anodized alloy. Additionally, ESI results indicate anodized film consists of an inner, compact, barrier, layer and an outer, less protective, porous layer.
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