سنتز هیدروترمال نانو ذرات هماتیت آلاییده شده با Tiو Sn و لایه نشانی بر روی FTO

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی

چکیده

 در این پژوهش نانو ذرات هماتیت آلاییده شده با تیتانیم و قلع به روش هیدروترمال با هدف افزایش سطح و بهبود خواص فوتو آندی هماتیت سنتز شد و بطور همزمان بر روی شیشه FTO نشانده شد. در این روش برای رسیدن به لایه کامل هماتیت با چسبندگی مناسب بر روی شیشه FTO واکنشگرها (محلول آمونیوم و کلرید آهن) بطور غیر مستقیم با یکدیگر در دمای  ̊C 120 و زمان 24 ساعت واکنش داده شدند. پوشش ها در دمای    ̊C 550  کلسینه شدند. آنالیز پراش پرتو ایکس XRD سنتز فاز هماتیت خالص را با ساختار بلورین رمبوهدرال  α-Fe2O3 پس از عملیات حرارتی لایه نشانده شده در دمای 550 درجه سانتیگراد تایید کرد. بررسی کامل­تر سنتز با کمک آنالیز FTIR  صورت گرفت و با استفاده از نتایج UV-Vis انرژی پهنای باند نمونه ها با و بدون افزودنی محاسبه شد. به کمک تصاویر FESEM نیز ریز ساختار و مورفولوژی پودرهای سنتز شده  بررسی و مقایسه گردید. نتایج نشان دادند که افزودن 1% وزنی تیتانیم به سنتز نانو ذرات کروی شکل یکنواخت و با کمترین انرژی پهنای باند eV 85/1 منجر می­شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Hydrothermal synthesis of hematite nanoparticles doped with (Ti and Sn) and deposition on FTO

نویسندگان [English]

  • Zahra Khakpour
  • Hojjat Allah Pourfarahani
  • Amir Maghsoudipour
  • Touraj Ebadzadeh
1Department of Ceramic, Materials and Energy Research Center, Karaj Iran
چکیده [English]

In this study, hematite nanoparticles and hematite nanoparticles doped with Ti, Sn doped have been synthesized and deposited on FTO glass for photo anode application. To make a thin layer of hematite by hydrothermal method, ammonia and ferric chloride solution react indirectly at 120 ̊C for 24 h for better adhesion of synthesized iron hydroxide on FTO glass. The   synthesized samples were calcined at 550o C. XRD analysis was confirmed that FeOOH-coated were subsequently converted to the rhombohedral structure of the a-Fe2O3.  A complete synthesis study was performed using FTIR analysis and using UV-Vis results, the bandgap energy of the samples was calculated with and without the additive. The finite structure and morphology of synthesized powders were also compared with FESEM images. The results showed that the addition of 1% wt of titanium caused the synthesis of uniform spherical nanoparticles leads to alow electrons bandgap energy of 1.85 eV.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrothermal Synthesis
  • Ti and Sn doped hematite
  • Photoanode

 

  1.   K. Sivula, F. Le Formal, M. Grtzel, “Solar Water Splitting: Progress Using Hematite (α -Fe2O3) Photoelectrodes’, ChemSusChem 2011, 432 – 449
  2.  B. Klahr, S. Gimenez, F. F. Santiago, J.  Bisquert, T. Hamann, “electrochemical and Photoelectrochemical Investigation of Water Oxidation with Hematite Electrodes”, Energy & Environmental Science
  3.  Y. Ling, G. Wang, D. A. Wheeler, J.  Z. Zhang, Y.  Li, “Sn-Doped Hematite Nanostructures for Photoelectrochemical Water Splitting”, Nano Lett. 2011, 11, 2119–2125

 

  1.  M. Chirita, I. Grozescu , “Fe2O3 – Nanoparticles, Physical properties and their photochemical

and Photoelectrochemical applications”, Chem. Bull. "POLITEHNICA" Univ. (Timişoara)                                                                                                                            Volume 54(68), 1, 2009.

 

  1.  J. Liu, Ch.  Liang,  G.  Xu, Zh. Tian, G. Shao, L. Zhang, “Ge -doped hematite nano sheets with tunable doping level , structure and improved photo electrochemical performance”, Nano Energy ( 20 13 ) 2 , 3 2 8 – 33 6.

 

  1.   S. Palmas,  A.M. Polcaro, J. Rodriguez Ruiz, A. Da Pozzo, M. Mascia, A. Vacca,  “TiO2 photoanodes for electrically enhanced water splitting, International Journal of Hydrogen Energy”,  35, 2010, 6561–6570.

 

 

  1. J . Eliasa , M . Bechelany, I . Utke , R. Er ni , D. Hosseini , J. Michler, L. Philippe , “Urchin-inspired zinc oxide as building blocks for nanostructured solar cells”,  Nano Energy 1 (2012) 696 –705.

 

  1.  P. Dias, T. Lopes, L.  Meda,L. Andrade, A. Mendes, Photoelectrochemical water splitting using WO3 photoanodes: the substrate and temperature roles, Phys. Chem. Chem. Phys., 2016,18, 5232-5243.

 

  1.   K. Itoh and J. O. Bockris, “Stacked thin‐film photoelectrode using iron oxide , Journal of Applied Physics 56, 874 (1984).

 

  1.  D. Kim, D. M. Andoshe, Y. S. Shim, C. W. Moon, W. Sohn, S. Choi, T. L. Kim, M. Lee, H. Park, K. Hong, K. C. Kwon, J. M. Suh, J.S. Kim, J. H. Lee, H. W. Jang,  “Toward High-Performance Hematite Nanotube Photoanodes: Charge-Transfer Engineering at Heterointerfaces”, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8 (36), pp 23793–23800.

 

  1.   P. S. Shinde, A. Annamalai, J. H. Kim, S. H. Choi, J. S. Lee, J. S. Jang,” Exploiting the dynamic Sn diffusion from deformation of FTO to boost the photocurrent performance of hematite photoanodes”, Solar Energy Materials & Solar Cells 141 (2015) 71–79

 

 

  1.  M. Farahmandjou, F. Soflaee, “Low Temperature Synthesis of α-Fe2O3 Nano-rods Using Simple Chemical  Route”,  JNS 4 (2014) 413- 418.

 

 

  1.  M. V. Nikolic, D. L. Sekulic, N. Nikolic, M. P. Slankamenac, O. S. Aleksic, H. Danninger, E. Halwax, V. B. Pavlovic, P. M. Nikolic, “Structural and Electrical Properties of Ti Doped α-Fe2O3”, Science of Sintering, 45 (2013) 281-292.