Přejít k obsahu


Structure optimization of Ta–O–N films prepared by reactive HiPIMS for more effective water splitting

Citace:
BATKOVÁ, Š., ČAPEK, J., HAVIAR, S., HOUŠKA, J., ČERSTVÝ, R., KRBAL, M., DUCHOŇ, T. Structure optimization of Ta–O–N films prepared by reactive HiPIMS for more effective water splitting. San Diego, USA, 2019.
Druh: PŘEDNÁŠKA, POSTER
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Structure optimization of Ta–O–N films prepared by reactive HiPIMS for more effective water splitting
Rok vydání: 2019
Autoři: Ing. Šárka Batková , Ing. Jiří Čapek Ph.D. , RNDr. Stanislav Haviar Ph.D. , Doc. Ing. Jiří Houška Ph.D. , Ing. Radomír Čerstvý , Miloš Krbal , Tomáš Duchoň
Abstrakt CZ: Materiál TaON je slibný jako fotokatalyzátor rozkládající vodu na H2 a O2 po ozáření viditelným světlem. Rozkladu se zde účastní vygenerované páry elektron-díra. Aby materiál takto fungoval, musí splňovat jisté podmínky: (i) správně široký zakázaný pás a (ii) správně zarovnaný zakázaný pás vůči redoxním potenciálům rozkladu vody. Následný transport nosičů náboje materiálem hraje důležitou roli v efektivitě celého procesu. V této práci nejprve ukážeme, že reaktivní HiPIMS (vysokovýkonové pulzní magnetronové naprašování) následované vyžíháním vrstev při 900 °C ve vakuové peci je vhodnou metodou pro přípravu polykrystalické vrstvy vykazující čistou fázi TaON. Taková vrstva splňuje výše uvedené podmínky pro fotokatalýzu v oblasti viditelného světla (zakázaný pás ~2,6 eV). Protože je ale žádoucí připravit materiál in-situ, zkoumáme možnosti ohřevu substrátu a předpětí během depozice a soustředíme se na jemné ladění prvkového složení. Protože navíc monoklinický TaON vykazuje anizotropní vodivost, úprava textury vrstvy může dále zlepšit transport nosičů náboje. V této práci tedy také zkoumáme možnosti následujících přístupů: depozice při vysokých výkonových hustotách v pulzu (až 4 kW/cm^2) a/nebo depozice na vhodné substráty poskytující vhodné nukleační podklady (Pt, ZrO2) pro přípravu texturovaného materiálu TaON, umožňujícího zvýšenou mobilitu nosičů náboje skrz vrstvu.
Abstrakt EN: The TaON material is a promising candidate for application as a visible-light-driven photocatalyst splitting water into H2 and O2 and thus converting solar energy into chemical energy. The photo-generated electron-hole pairs act here as the active water splitting species. In order to work as a water splitting photocatalyst, the material must satisfy certain conditions: (i) band gap of proper width (preferably corresponding to visible light absorption) and (ii) suitable alignment of the band gap with respect to the water splitting redox potentials. The subsequent transport of the charge carriers through the material (particularly across the films thickness) plays an important role in the effectivity of the process. In this work we first demonstrate that using reactive high-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) as the deposition technique followed by post-annealing of the amorphous as-deposited film at 900 °C in a vacuum furnace allows us to prepare a polycrystalline film exhibiting a pure TaON phase. Such film satisfies the above mentioned conditions for a water splitting photocatalyst (band gap of ~2.6 eV). However, as it is desirable to prepare the TaON phase in situ, we investigate the possibilities of substrate heating and biasing during deposition while focusing on fine-tuning of the elemental composition. Additionally, as the monoclinic TaON phase exhibits anisotropic charge carrier conductivity, tailoring of the texture of the film can further improve the charge carrier transport in a desired direction. In this work, we therefore also investigate the possibilities of deposition at high power densities in a pulse (up to 4 kW/cm^2) and/or deposition onto suitable substrates providing proper seeding layers (e.g., Pt, ZrO2) to prepare textured TaON film allowing enhanced charge carrier mobility across the film thickness.
Klíčová slova

Zpět

Patička