Přejít k obsahu


Photocatalytic Ta–O–N films prepared by reactive HiPIMS

Citace:
BATKOVÁ, Š., ČAPEK, J., HAVIAR, S., HOUŠKA, J., ČERSTVÝ, R., KRBAL, M., DUCHOŇ, T. Photocatalytic Ta–O–N films prepared by reactive HiPIMS. Stockholm, Švédsko, 2019.
Druh: PŘEDNÁŠKA, POSTER
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Photocatalytic Ta–O–N films prepared by reactive HiPIMS
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: Materiály TaON a Ta3N5 jsou slibné jako fotokatalyzátory rozkládající vodu na H2 a O2 po ozáření viditelným světlem. Aby materiál takto fungoval, musí splňovat jisté podmínky: (i) správně široký zakázaný pás a (ii) správně zarovnaný zakázaný pás vůči redoxním potenciálům rozkladu vody. Vrstvy byly připraveny reaktivním vysokovýkonovým pulzním magnetronovým naprašováním s reaktivními plyny přiváděnými před terč. Po depozici následovalo žíhání vrstvev při 900 °C ve vakuové peci. Struktura byla zkoumána pomocí XRD, optické vlastnosti pomocí spektroskopické elipsometrie a byly použity fotoelektrochemické metody pro určení fotoaktivity. V této práci ukazujeme, že výše uvedené metody jsou vhodné pro přípravu polykrystalických vrstev vykazujících čistou fázi TaON nebo Ta3N5. Takové vrstvy mají zakázaný pás asi 2,5 eV, který je správně zarovnán a splňují tak výše uvedené podmínky pro fotokatalyzátor ve viditelném světle. Když je navíc použit správný nukleační podklad, je možno připravit texturovaný materiál. Protože je ale žádoucí připravit materiál in-situ, zkoumáme i možnosti použití výhřevu substrátu během depozice. Ukazujeme fotoelektrochemické měření vrstev, jejichž povrch je modifikován nanočásticemi určenými k omezení rekombinace vygenerovaných elektronů a děr. Použitím reaktivního naprašování metodou HiPIMS s jemnými změnami prvkového složení vrstev Ta–O–N a žíháním při teplotě 900 °C jsme schopni připravit vysoce krystalické vrstvy TaON a Ta3N5 vhodné pro fotokatalytický rozklad vody.
Abstrakt EN: The TaON and Ta3N5 materials are both promising candidates for application as a visible-light-driven photocatalyst splitting water into H2 and O2. 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 films were prepared using reactive high-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) with the reactive gases introduced to a high-density plasma in front of the target. The depositions were followed by post-annealing of the as-deposited films at 900 °C in a vacuum furnace. The structure was investigated by XRD, the optical properties were determined using spectroscopic ellipsometry and photoelectrochemical methods were employed to measure the photoactivity of the films. We demonstrate that using the above mentioned techniques allows us to prepare a polycrystalline film exhibiting a pure TaON or Ta3N5 phase by fine-tuning of the elemental composition. Such films were found to have a band gap of ~ 2.5 eV that is properly aligned with respect to the water splitting redox potentials, thus satisfying the above mentioned conditions for a water splitting photocatalyst. Moreover, when a proper seeding layer is provided, a highly textured film can be obtained. In addition, with regard to the desirability of preparing these phases in situ, we investigate the possibility of substrate heating during deposition. We present photoelectrochemical measurements of the films and report on films modified by nanoclusters, designed to suppress the recombination rate of the photo-generated electron-hole pairs. Using reactive HiPIMS to fine-tune the elemental composition of Ta–O–N films followed by post-annealing of the films allows us to obtain highly crystalline TaON and Ta3N5 films well suited for visible-light-induced water splitting.
Klíčová slova

Zpět

Patička