Přejít k obsahu


HiPIMS deposition of Ta–O–N coatings for water splitting application

Citace:
ČAPEK, J., BATKOVÁ, Š., HOUŠKA, J., HAVIAR, S., DUCHOŇ, T., KRBAL, M. HiPIMS deposition of Ta–O–N coatings for water splitting application. Korfu, Řecko, 2019.
Druh: PŘEDNÁŠKA, POSTER
Jazyk publikace: eng
Anglický název: HiPIMS deposition of Ta–O–N coatings for water splitting application
Rok vydání: 2019
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: Materiály TaON a Ta3N5 mohou vykazovat vhodné vlastnosti (tj. šířku a zarovnání zakázaného pásu) pro rozklad vody na H2 a O2 při ozáření viditelným světlem (bez nutnosti přivádění napětí). To přináší možnost převést sluneční záření na užitečnou chemickou energii. Nicméně příprava elektrod z těchto materiálů je stále velkou výzvou. V této práci nejdříve ukazujeme, že vysokovýkonové pulzní magnetronové naprašování je vhodnou metodou pro přípravu vrstev Ta–O–N s laditelným poměrem kyslíku a dusíku a tedy i s laditelnými vlastnostmi vrstev. Následné žíhání těchto vrstev ve vakuu při teplotě 900 °C (5 min výdrž) vede k jejich krystalizaci při zachování jejich prvkového složení. Rentgenová analýza vrstev připravených při optimálním poměru O/N ukazuje na vysoce krystalický materiál s monoklinickou mřížkou. Šířka zakázaného pásu tohoto materiálu je 2,5 eV (což odpovídá absorpci světla až do 550 nm) při vhodném zarovnání pásu vzhledem k redoxním potenciálům. Rentgenová analýza vrstev připravených při zvýšeném parciálním tlaku dusíku ukazuje na materiál Ta3N5 s ortorombickou mřížkou. Oba materiály vykazují slibnou aktivitu během elektrochemických měření.
Abstrakt EN: TaON and Ta3N5 materials can provide appropriate properties (i.e., band gap width and alignment) for splitting of water into H2 and O2 under visible light irradiation (without any external voltage). This could bring a great possibility to convert the solar light into a useful chemical energy. However, it is still a big challenge to prepare electrodes from these materials 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 500 nm) at suitable alignment of the band gap with respect to the redox potentials. XRD patterns corresponding to the films prepared at an elevated partial pressure of nitrogen indicate Ta3N5 material with orthorhombic lattice structure. Both materials exhibit promising photo-induced activity during photoelectrochemical measurements.
Klíčová slova

Zpět

Patička