Přejít k obsahu


HiPIMS deposition of Ta–O–N coatings with modified surface by metallic nanoclusters for water splitting application

Citace:
ČAPEK, J., BATKOVÁ, Š., HOUŠKA, J., HAVIAR, S., DUCHOŇ, T., KRBAL, M. HiPIMS deposition of Ta–O–N coatings with modified surface by metallic nanoclusters for water splitting application. Seggau, Rakousko, 2018.
Druh: PŘEDNÁŠKA, POSTER
Jazyk publikace: eng
Anglický název: HiPIMS deposition of Ta–O–N coatings with modified surface by metallic nanoclusters for water splitting application
Rok vydání: 2018
Autoři: Ing. Jiří Čapek Ph.D. , Ing. Šárka Batková , Doc. Ing. Jiří Houška Ph.D. , RNDr. Stanislav Haviar Ph.D. , Tomáš Duchoň , Miloš Krbal
Abstrakt CZ: Velká pozornost je věnována využití fotokatalytických materiálů pro rozklad vody na H2 a O2 po ozáření viditelným světlem. V tomto případě jsou rozhodujícími vlastnostmi fotokatalytických materiálů (1) šířka zakázaného pásu (vhodná pro absorpci viditelného světla), (2) zarovnání zakázaného pásu (vzhledem k potenciálům pro rozklad vody) a (3) vysoce krystalická struktura (umožňující účinný přenos elektronů a děr v materiálu). Materiál Ta–O–N je slibným kandidátem pro tuto aplikaci, nicméně jeho příprava je stále velkou výzvou. V této práci nejprve ukazujeme, že vysokovýkonové pulzní magnetronové naprašování je vhodnou technikou pro přípravu amorfních vrstev Ta–O–N s jemně laditelným poměrem koncentrace kyslíku a dusíku (O/N) a tím i jejich vlastností. Žíhání vrstev ve vakuové peci při teplotě 900 °C (5 minut prodleva) vede k jejich krystalizaci bez jakýchkoliv změn v jejich prvkovém složení. Rentgenová analýza vrstev připravených při optimální koncentraci O/N ukazuje, že vrstva je tvořena vysoce krystalickým materiálem TaON s monoklinickou mřížkovou strukturou. Tento materiál poskytuje šířku zakázaného pásu o hodnotě 2,5 eV (odpovídající absorpci viditelného světla až do 550 nm) při vhodném zarovnání pásu vzhledem k redoxním potenciálům pro rozklad vody. Předběžná fotoelektrochemická měření naznačují slibnou fotoaktivitu tohoto materiálu. V práci dále navrhujeme modifikaci povrchu vrstev pomocí kovových nanoklastrů, aby se dále potlačila rychlost rekombinace elektronů a děr. Pro tento účel jsme navrhli unikátní systém založený na duálním magnetronu, který kombinuje reaktivní vysokovýkonové pulzní magnetronové naprašování se zdrojem kovových nanoklastrů.
Abstrakt EN: Great attention has been paid to the utilization of photocatalytic materials for visible-light-driven water splitting into H2 and O2. In this case, the crucial properties of the photocatalytic materials are (1) band gap width (preferably corresponding to visible light absorption), (2) band gap alignment (suitable with respect to the water splitting potentials) and (3) highly crystalline structure (allowing efficient electron and hole transport through the material). Ta–O–N material is a promising candidate for this application. However, it is still a big challenge to prepare this material exhibiting efficient water splitting performance. In this work we first demonstrate that high-power impulse magnetron sputtering is a suitable technique for deposition of amorphous Ta–O–N films with a finely tunable oxygen to nitrogen (O/N) concentration ratio and thus their properties. Post-annealing of the films in a vacuum furnace at 900 °C (5 min dwell time) leads to their crystallization without any changes in their elemental composition. XRD patterns of the films prepared at the optimum O/N concentration indicate highly crystalline TaON material with monoclinic lattice structure. This material provides optical band gap width of 2.5 eV (corresponding to visible light absorption up to 550 nm) at suitable alignment of the band gap with respect to the redox potentials. The preliminary photoelectrochemical measurements indicate promising photo-induced activity of this material. In addition, we propose to modify the surface of the films by metallic nanoclusters in order to further suppress the recombination rate of electrons and holes. For this purpose, we have designed a unique dual magnetron-based system combining the reactive high power impulse magnetron sputtering with a source of metallic nanoclusters. Preliminary data on photocatalytic activity of the crystalline TaON films modified by the nanoclusters are presented in detail.
Klíčová slova

Zpět

Patička