JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
공학

Bereiding en het gebruik van fotokatalytisch actieve Segmented Ag | ZnO en coax TiO<sub> 2</sub>-Ag Nanodraden Gemaakt door Templated Elektrodepositie

Published: May 02, 2014
doi:
10.3791/51547
, , ,
1MESA+ Institute for Nanotechnology,University of Twente

Summary

Procedures are outlined to prepare segmented and coaxial nanowires via templated electrodeposition in nanopores. As examples, segmented nanowires consisting of Ag and ZnO segments, and coaxial nanowires consisting of a TiO2 shell and a Ag core were made. The nanowires were used in photocatalytic hydrogen formation experiments.

Abstract

Fotokatalytisch actieve nanostructuren vereisen een groot specifiek oppervlak de aanwezigheid van vele katalytisch actieve plaatsen voor de oxidatie en reductie reacties helft en snel elektron (gat) diffusie en ladingsscheiding. Nanodraden presenteren geschikt architecturen om deze eisen te voldoen. Axiaal gesegmenteerde Ag | ZnO en radiaal gesegmenteerd (coaxiaal) TiO 2-Ag nanodraden met een diameter van 200 nm en een lengte van 6-20 urn gemaakt door templated elektrodepositie in de poriën van polycarbonaat-spoor geëtst (PCTE) of geanodiseerd aluminium oxide (AAO) membranen, respectievelijk. In de fotokatalytische experimenten, de ZnO en TiO 2 fasen fungeerde als photoanodes en Ag als kathode. Geen externe circuit nodig om beide elektroden, hetgeen een belangrijk voordeel boven conventionele foto-elektrochemische cellen verbinden. Voor het maken van gesegmenteerde Ag | ZnO nanodraden, de Ag zout elektrolyt werd vervangen na de vorming van het segment Ag een ZnO segment een te vormenttached aan het segment Ag. Voor het maken van coaxiale TiO 2-Ag nanodraden, werd een TiO2 gel eerst gevormd door het elektrochemisch geïnduceerde sol-gel methode. Drogen en thermisch uitgloeien van de zo gevormde TiO 2 gel resulteerde in de vorming van kristallijne TiO2 nanobuisjes. Een volgende Ag electrodepositie stap in de TiO 2 nanobuisjes resulteerde in de vorming van coaxiale TiO 2-Ag nanodraden. Door de combinatie van een n-type halfgeleider (ZnO of TiO2) en een metaal (Ag) binnen dezelfde nanodraad, een Schottky is gemaakt op het grensvlak tussen de fasen. Om de fotokatalytische activiteit van deze nanodraden te tonen, Ag | ZnO nanodraden werden in een fotokatalytische experiment waarin H2 gas werd gedetecteerd bij UV-belichting van de nanodraden gedispergeerd in een methanol / watermengsel. Na 17 min van verlichting, ongeveer 0,2 vol% H2 gas werd gedetecteerd van een schorsing van ~ 0,1 g Ag | ZnOnanodraden in een 50 ml 80 vol% waterige methanol oplossing.

Introduction

Door hun kleine afmetingen en grote oppervlakte-volume verhouding, nanodraden veelbelovend eendimensionale objecten die kunnen worden gebruikt in een breed scala van biomedische en nanotechnologische toepassingen 1. In de literatuur zijn vele nanodraden die een enkele component met functionele eigenschappen gerapporteerd 2-7. Maar wanneer meerdere materialen (metalen, polymeren en metaaloxiden) sequentieel opgenomen in een nanodraad, kan multifunctioneel nanodraden gemaakt 8, 9. Wanneer verschillende segmenten zijn verbonden in een enkel nanodraad kunnen functionele eigenschappen lijken die niet aanwezig waren toen alleen de afzonderlijke segmenten werden gebruikt. Zo werden nanomotoren met Au en Pt segmenten binnen een nanodraad gemeld dat autonoom bewogen wanneer geplaatst in waterstofperoxide 4. Geschikte technieken voor de vorming van multisegmented nanodraden zijn infiltratie en matrijs elektrodepositie <sup> 8, 9.

In 1987, Penner en Martin waren de eersten die het gebruik van templated elektrodepositie voor de vorming van Au nanodraden polycarbonaatmembranen 10 bekend. Sindsdien hebben vele andere onderzoekers begonnen met het gebruik template electrodepositie voor de synthese van nanodraden met verschillende dimensies, met behulp van polycarbonaat-spoor geëtst membranen (PCTE) of geanodiseerd aluminium oxide (AAO) membranen en sjablonen 11. De voordelen van templated elektrodepositie voor nanodraad synthese zijn kosteneffectief natuur elektrodepositie wordt gewoonlijk uitgevoerd onder milde omstandigheden, de mogelijkheid om nanodraden vormen van zowel metalen, metaaloxiden en / of polymeren en het vermogen om een ​​exacte replica van negatieve creëren van de gebruikte sjabloon 11. Bovendien kan gesegmenteerde nanodraden worden gevormd door achtereenvolgende afzetting van twee of meer verschillende fasen, en wanneer een nanobuis van een van de twee fasen kanworden door elektrodepositie matrijs, kan coaxiale nanodraden met twee verschillende fasen worden.

Metaal kan elektrolytisch waarop deze metaalionen zijn onoplosbaar in waterige oplossingen bij hoge pH. Voor de nodige zuurstof kunnen drie verschillende precursoren worden, dwz nitraationen 12-15, waterstofperoxide 13, 16, 17 en 18 moleculaire zuurstof. Met het gebruik van nitraationen, zoals in dit protocol de toepassing van een potentieel negatiever dan -0,9 V vs Ag / AgCl leidt tot een plaatselijk verhoogde pH door reductie van nitraat op de kathode 19, 20:

NO 3 – + H 2 O + 2e – → NO 2 – + 2OH -. (1)

Als de elektrolytoplossing wordt verwarmd tot 60-90 ° C, zal ZnO nanodraden van neergeslagen Zin vormenc hydroxide:

Zn 2 + + 2OH – → ZnO + H 2 O. (2)

Bij toepassing van een potentieel om de werkelektrode, die is gepositioneerd op de porie bodem matrijs elektrodepositie, de pH binnen de porie lokaal verhoogd waardoor lokale nanodraad formatie. Omdat ZnO is een n-type halfgeleider, reacties (1) en (2) kunnen verder met het ZnO / elektrolyt-interface, waardoor de vorming van een kristallijne en dichte ZnO nanodraad 21, 22.

Verscheidene werkwijzen bestaan ​​voor de synthese van TiO2 nanobuisjes, maar voor de vorming van een coaxiale constructie met een sequentiële elektrodepositiewerkwijze, het elektrochemisch geïnduceerde sol-gel methode het meest geschikt. Deze werkwijze voor kathodische elektrodepositie van TiO 2 films werd eerst geïntroduceerd door Natarajan et al.. 1996 23. En was further verbeterd Karuppuchamy et al. 2001 19 24.. Met deze werkwijze wordt titaan oxysulfate (TiOSO 4) poeder opgelost in een waterige oplossing van waterstofperoxide (H 2 O 2) na de vorming van een complex peroxotitanate (Ti (O 2) SO 4):

TiOSO 4 + H 2 O 2 → Ti (O 2) SO 4 + H 2 O. (3)

Bij potentialen negatiever dan -0,9 V vs Ag / AgCl, wordt de pH op het elektrodeoppervlak verhoogd door reductie van nitraat (reactie (1)), die een titanium hydroxide gel 19, 20:

Ti (O 2) SO 4 + 2OH -. + (X 1) H 2 O → TiO (OH) 2 xH 2 O + H 2 O 2 + SO 4 2 -. (4)


NatarAjan et al.. gebruikte differentiële thermische analyse als water het is verwijderd uit de gel ongeveer 283 ° C bij thermisch uitgloeien, hetgeen resulteert in de vorming van een amorfe TiO 2 fase 23. Voor een vlakke film kristallisatie in de anataas fase optreedt wanneer de temperatuur wordt verhoogd boven 365 ° C 23, 25, terwijl kristallisatie plaatsvindt bij een temperatuur tussen 525 en 550 ° C bij een AAO sjabloon wordt gebruikt 25.

TiO (OH) 2 · xH 2 O → TiO 2 + (x 1) H2O (5)

De porie diameter van de AAO sjabloon bepaalt of een stevige nanodraad of een open nanobuis zal worden gevormd. Depositie in een sjabloon met een kleine porie diameter (~ 50 nm) resulteert in nanodraad vorming 20, 26, terwijl de toepassing van dezelfde methode in een porie met een grotere diameter (~ 200 nm) resultaten innanobuis vorming 25. Dit komt omdat gel instorting kan plaatsvinden na verwijdering van overtollig water.

In de vroege jaren 1970, Fujishima en Honda waren de eersten die een systeem voor directe splitsen van water bekend onder UV licht, dat werd bereikt met een rutiel elektrode gekoppeld met een platina-elektrode 27, 28. Sindsdien werden er meer dan 130 halfgeleidende materialen geïdentificeerd als fotokatalysatoren 29-31. Hiervan titaandioxide 32-36, 37-40 zinkoxide en ijzeroxide 41, 42 behoren tot de meest bestudeerde materialen. De oppervlakte-volumeverhouding van deze materialen kan drastisch worden verhoogd wanneer nanodeeltjes en nanodraden worden gebruikt, wat leidt tot verbeterde fotokatalytische efficiëntie 29, 30, 43-49.

Voor de bouw van fotokatalytische Ag | ZnO nanodraden, ZnO, een fotoactieve n-type halfgeleider, was verbonden met Ag via sequentiële electrodepositie in hetzelfde sjabloon 50. Binnen zo'n nanodraad, worden de ZnO fotoanode Ag kathode direct gekoppelde zonder een externe schakeling verbinden van de elektroden, die in tegenstelling tot de situatie bij conventionele foto-elektrochemische cellen. Dit vereenvoudigt apparaat architectuur aanzienlijk en verhoogt de efficiëntie door vermindering van ohmse verliezen in het systeem. ZnO en Ag segmenten gekoppeld omdat de elektronenaffiniteit van ZnO (4.35 eV vs vacuüm) zeer dicht bij de werkfunctie van Ag (4,26 eV versus vacuüm). Dit leidt tot de vorming van een Schottky barrière tussen beide fasen 51, waardoor aangeslagen elektronen in de geleidingsband van ZnO vice versa stromen naar Ag, maar niet, waardoor de kans op elektron-gat recombinatie 52 verbieden. De actieve wurtzite fase van ZnO kan al bij 60-90 ° C, die een gemakkelijke en kosteneffectieve manier van nanow levert worden gevormdire formatie. Dit in tegenstelling tot de meeste andere fotoactieve oxiden die een tussenliggende uitgloeistap bij hoge temperaturen nodig als via kathodische elektrodepositie.

De omzetting van methanol en water in waterstof en koolstofdioxide als model reactie op het gebruik van een gesegmenteerde nanodraad die een metaal en een metaaloxide fase autonome H2 vorming onder invloed van UV-licht tonen. In dit experiment wordt methanol gebruikt als een gat scavenger die wordt geoxideerd tot CO2 in het ZnO segment na de nettoreactie

CH3OH + H2O + 6h → CO + 2 + 6H +, (6)

waarbij h + staat voor een elektron gat. De protonen gevormd op de ZnO segment gereduceerd tot H2 bij het ​​Ag oppervlak, volgens het reactieschema

2H + + 2e –594; H2. (7)

Aangezien de totale duur reacties (6) en (7) is veel kleiner dan de bandafstand van ZnO (0,7 en 3,2 eV, respectievelijk) energie, kan dit proces plaatsvinden zonder de noodzaak van een externe voedingsbron. Dit proces wordt schematisch geïllustreerd in figuur 1.

In dit protocol worden de experimentele procedures templated elektrodepositie voor de vorming van gesegmenteerde en coaxiale nanodraden die zowel een metaal en een halfgeleider fase toegelicht. Een procedure voor de vorming van gesegmenteerde Ag | ZnO nanodraden is geschetst, alsmede de vorming van TiO2 nanobuisjes en de daaropvolgende vullen met Ag coaxiale TiO 2-Ag nanodraden verkregen. Bovendien is de fotokatalytische activiteit van Ag | ZnO nanodraden blijkt door omzetting van een methanol / watermengsel in H2 en CO2 gas bij bestraling met UV-licht onder toepassing van een Pd-gebaseerdesensor voor H2 detectie. De nadruk van dit protocol is op de voorbereiding en de fotokatalytische karakterisering van twee verschillend gesegmenteerde metaaloxide | kunnen metalen nanodraad modules, en een meer diepgaande behandeling en een voorbeeld van een multifunctionele nanodraad elders 53 worden gevonden. Het splitsen van water reactie die werd gebruikt door het gebruik van de coaxiale TiO 2-Ag nanodraden kan ook elders 25 worden gevonden.

Protocol

Gesegmenteerde Ag | ZnO Nanodraad Vorming in PCTE Membranen 1. PCTE Membraan Voorbereiding voor Templated Elektrodepositie Kies een spoor geëtst polycarbonaat membraan met een uitwendige poriediameter van 200 nm en een dikte van 6 urn (figuur 2a). De diameter van het membraan hier gebruikte 25 mm. Sputteren een goudlaag op de achterzijde van het membraan (Figuur 2b). In dit geval, een afzetting druk van 2 x 10 -2 mbar werd met Ar als sputtergas. Gebruik een langzame afzetting van ~ 13 nm / min. OPMERKING: Dit Au-laag wordt gebruikt als elektrisch contact tijdens elektrodepositie. Gebruik dubbelzijdige plakband een klein glasplaatje (1,4 x 2,1 cm) bevestigen bovenop de goud gecoate zijde van het membraan. Hiervoor voeren vier smalle stroken dubbelzijdig plakband langs de randen van het glasplaatje (figuur 2c). OPMERKING: Zorg ervoor dat het membraan is zo soepel mogelijk, zonder enigeplooien of rimpels. Dit glasplaatje wordt gebruikt om selectieve elektrodepositie in de membraanporiën te waarborgen. Plak een klein stukje kopertape van de kant van het membraan die uitsteekt uit het glaasje voor mechanische stabiliteit. Aangezien kopertape voert, kan de krokodillenklem van de werkende elektrode naar de koperen tape worden bevestigd. Indien nodig, verbeteren de hechting van het membraan aan het glaasje door er Teflon tape rond de randen. OPMERKING: Bij afzettingen bij kamertemperatuur de hechting van dubbelzijdige tape is meestal sterk genoeg, maar bij verhoogde temperaturen wordt aanbevolen Teflon tape ook. . 2 Elektrodepositie van Ag | ZnO Nanodraden Voorbereiding van het segment Ag Bereid een waterige oplossing die 0,20 M AgNO3 (1,70 g per 50 ml) en 0,10 MH 3 BO 3 (0,31 g per 50 ml). Breng de pH op 1,5 met behulp van HNO 3. Doe de bereidemembraan samen met een Pt tegenelektrode en een Ag / AgCl (3 M KCl) referentie-elektrode in de zo-bereide oplossing. Breng een potentiaal van 0,10 V vs Ag / AgCl referentie-elektrode gedurende 30 sec (fig. 2d en 2e). OPMERKING: Hoewel elke potentiostaat software anders zal zijn, moeten alle programma's invoer regels als "set potentieel" en "duur", waar deze waarden kunnen worden ingevuld Raadpleeg de potentiostaat handleiding en bijgeleverde software voor meer details hebben. Neem de elektroden uit de oplossing en spoel ze af met milli-Q water. Voorbereiding van de ZnO segment Bereid een waterige oplossing die 0,10 M Zn (NO3) 2 · 6H 2 O (1,49 g per 50 ml). Verwarm de oplossing tot 60 ° C met een waterbad en zet het membraan dat het segment Ag met een Pt tegenelektrode en een Ag / AgCl referentie-elektrode in de verwarmde oplossing. <li> Breng een potentiaal van -1,00 V vs Ag / AgCl referentie-elektrode gedurende 20 min (fig. 2d en 2e). OPMERKING: Hoewel elke potentiostaat programma anders zal zijn, moet alle input lijnen zoals "set potentieel" en "duur", waar deze waarden kunnen worden ingevuld Raadpleeg de potentiostaat handleiding en bijgeleverde software voor meer details hebben. Neem de elektroden uit de oplossing en spoel ze af met milli-Q water. Herhaal deze procedure 4x voldoende nanodraden aanzienlijke signaal ontvangt van de H2 sensor. 3. Extractie van de nanodraden en Transfer naar waterige oplossing Snijd het membraan dat de nanodraden van het glaasje. Breng dit deel van het membraan een polypropyleen centrifugebuis. Voeg ~ 2 ml CHzCl2 2 de PCTE membraan oplossen en laat de nanodraden in de oplossing. Na ~ 30 min, het membraanmoet volledig worden opgelost (figuren 2f en 2g). Breng een klein druppeltje van de CH 2 Cl 2 oplossing met nanodraden op een kleine Si wafer voor SEM analyse. Centrifugeer de verkregen oplossing bij ~ 19.000 xg gedurende 5 minuten, verwijder de overtollige CH2 Cl 2, en voeg verse CH 2 Cl 2. Herhaal het proces minstens 3x om ervoor te zorgen dat alle polycarbonaat is verwijderd. Immers polycarbonaat weggelaten voeg milli-Q water tot de nanodraden na verwijdering van de overmaat CH2 Cl2. Herhaal het centrifugeren minstens 3x opnieuw volledig vervangen alle CH2 Cl 2 per milli-Q water. Coaxiale TiO 2-Ag Nanodraad Vorming in AAO Membranen 4. AAO Membraan Voorbereiding voor Templated Elektrodepositie Neem een ​​AAO membraan met een poriëngrootte van 200 nm en een dikte van 60 urn ( <strong> Figuur 2a). De diameter van het membraan hier gebruikte 13 mm. Sputteren een goudlaag op de achterzijde van het membraan (Figuur 2b). In dit geval een afzetting druk van 2 x 10 -2 mbar werd met Ar als sputtergas. Gebruik een langzame afzetting van ~ 13 nm / min. OPMERKING: Dit Au-laag wordt gebruikt als elektrisch contact tijdens elektrodepositie. Bevestig de AAO membranen om een Au-gecoat glas dia in een configuratie zoals in figuur 2 uur met behulp van teflon tape. OPMERKING: selectieve elektrodepositie in de membraanporiën te waarborgen, het AAO membraan moet worden bevestigd aan een klein glasplaatje in een andere configuratie dan de PCTE membranen, omdat het AAO membranen te bros voor aansluiting met een krokodilklem. Wanneer een glasplaatje van 3,0 x 2,5 cm wordt gebruikt, kunnen twee membranen worden gebruikt in een keer. Leg een klein stukje koper tape op de Au gecoate deel van het glaasje voor eenvoudig gebruik bij het aansluiten van de elektrodes. 5. Elektrochemische depositie van TiO 2-Ag Nanodraden Bereiding van een TiO2 gel Bereid een waterige oplossing die 0,02 M TiOSO 4 (0,16 g per 50 ml), 0,03 MH 2 O 2 (0,13 ml per 50 ml), 0,05 M HNO3 (0,15 ml per 50 ml) en 0,25 M KNO3 (1,26 g per 50 ml). Leg de voorbereide membraan samen met een Pt tegenelektrode en een Ag / AgCl (3 M KCl) referentie-elektrode in de zo-bereide oplossing. Breng een potentiaal van -1,0 V vs Ag / AgCl referentie-elektrode voor 3,5 uur (Figuren 2d en 2e). OPMERKING: Hoewel elke potentiostaat software anders zal zijn, moeten alle programma's invoer regels als "set potentieel" en "duur", waar deze waarden kunnen worden ingevuld Raadpleeg de potentiostaat handleiding en bijgeleverde software voor meer details hebben. Neem de elektroden van de oplossing en niet uitspoelenhet membraan met milli-Q water, omdat de TiO 2 gel is nog steeds in water oplosbaar. De andere elektroden kan worden gespoeld met milli-Q water. Bereiding van coaxiale TiO 2-Ag nanodraden Thermisch gloeien de membranen met de TiO 2 gel in een oven bij 650 ° C gedurende 2 uur in lucht. Bevestig de membranen een goud gecoate glasplaatje. Bereid een waterige oplossing die 0,20 M AgNO3 (1,70 g per 50 ml) en 0,10 MH 3 BO 3 (0,31 g per 50 ml). Breng de pH op 1,5 met behulp van HNO 3. Leg de voorbereide membraan samen met een Pt tegenelektrode en een Ag / AgCl (3 M KCl) referentie-elektrode in de zo-bereide oplossing. Breng een potentiaal van 0,10 V vs Ag / AgCl referentie-elektrode voor 1,5 min (fig. 2d en 2e). OPMERKING: Hoewel elke potentiostaat software anders zal zijn, alle programma's moeten invoeren lijnen zoals "set pote hebbenntial "en" duur ", waar deze waarden kunnen worden ingevuld Raadpleeg de potentiostaat handleiding en bijgeleverde software voor meer details. Neem de elektroden uit de oplossing en spoel ze af met milli-Q water. Bereiding van Ag nanodeeltjes verwerkt in TiO2 nanobuisjes Verwarm de membranen met de TiO 2 gel overnacht bij 100 ° C. Bereid een waterige oplossing die 0,20 M AgNO3 (1,70 g per 50 ml) en 0,10 MH 3 BO 3 (0,31 g per 50 ml). Breng de pH op 1,5 met behulp van HNO 3. Leg de voorbereide membraan samen met een Pt tegenelektrode en een Ag / AgCl (3 M KCl) referentie-elektrode in de zo-bereide oplossing. Breng een potentiaal van 0,10 V vs Ag / AgCl referentie-elektrode voor 1,5 min (fig. 2d en 2e). OPMERKING: Hoewel elke potentiostaat software anders zal zijn, moeten alle programma's hebben inputlijnen graag "set potentieel "en" duur ", waar deze waarden kunnen worden ingevuld Raadpleeg de potentiostaat handleiding en bijgeleverde software voor meer details. Neem de elektroden uit de oplossing en spoel ze af met milli-Q water. Herhaal deze procedure ten minste 10 membranen vol nanodraden / nanobuizen met genoeg materiaal aanzienlijke signaal van de H2 sensor verkrijgen verkrijgen. 6. Winning van nanobuisjes en nanodraden Snijd het membraan dat de nanobuisjes of nanodraden van het glaasje. Breng dit deel van het membraan in een polypropyleen centrifugebuis. Voeg ~ 2 ml van een waterige oplossing die 1,0 M NaOH tot het AAO membraan oplossen en laat de nanobuisjes of nanodraden in de oplossing. Na ca. 2 uur, moet het membraan volledig worden opgelost (figuren 2f en 2g). Centrifugeer de verkregen oplossing bij ~ 19.000 xg gedurende 5 min, verwijder het buitensporige NaOH-oplossing, en voeg verse milli-Q water. Herhaal het proces minstens 3x om ervoor te zorgen dat alle NaOH is verwijderd. Immers NaOH is verwijderd, kan de waterige suspensie gebruikt worden voor H2 vorming experimenten. Als alternatief, voeg CH2 Cl 2 of een ander vluchtig oplosmiddel om de nanobuisjes en nanodraden na verwijdering van overtollig water voor visualisatie van de bereide nanobuisjes of nanodraden met SEM. Herhaal het centrifugeren tenminste 3x volledig vervangen van al het water door het vluchtig oplosmiddel. Stort een kleine druppel van de oplossing die nanobuisjes of nanodraden op een kleine Si wafer. H 2 Vorming Experimenten 7. Voorbereiding van de Hydrogen Sensor Neem een ​​Pd-gebaseerde waterstof sensor. Plaats de sensor in een NS stekker die past op een kwartsbuis. Sluit de sensor aan op een standaard brug van Wheatstone zoals geïllustreerdin figuur 3. 8. Photocatalytic Hydrogen Vorming Zet de waterige nanodraad oplossing in een 72 ml kwartsbuis. Voeg meer water toe tot een totaal van 10 ml water is in de kwartsbuis. Voeg vervolgens 40 ml methanol. Start de opname het signaal van de Pd gebaseerd H 2-sensor voordat u het op de top van de kwartsbuis en bewaken van de variatie in het signaal. Na ~ 200 sec stabiele signaal, zet de H2 sensor boven de kwartsbuis tegelijkertijd inschakelen van de UV lichtbron om de eigenlijke meting beginnen. Opmerking: In deze experimenten, de UV-bron werd ongeveer 10-15 cm van het monster geplaatst.

Representative Results

Tijdens elektrodepositie, de stroom die wordt gemeten tussen de werk en tegen elektrodes kunnen worden gevisualiseerd in een IT curve. Aangezien de stroom is direct gerelateerd aan de hoeveelheid gedeponeerde materiaal via de Wet van Faraday, de waargenomen stroom is een belangrijke indicatie van hoe de depositie vordert. Typische Het bochten afzetten van Ag | ZnO en TiO2-Ag nanodraden worden getoond in Figuur 4 Typische SEM afbeeldingen van Ag |. ZnO nanodraden, TiO2 nanobuisjes, een coaxiale TiO 2-Ag nanodraad en TiO 2 / Ag nanobuizen kunnen in Figuur 5 en Figuur 6, respectievelijk. De elektrochemisch geïnduceerde sol-gel-werkwijze voor afzetting van een titania gel in de mal en sequentiële elektrodepositie van Ag kunnen resulteren in twee verschillende structuren afhankelijk van het voor de gel te drogen temperatuur. Het drogen van de gel gedurende de nacht bij 100 ° C leidt tot condensation van de gel, waardoor het weer oplossen in water. Aangezien geen dichte buisvorm Nog gevormd bij deze temperatuur worden Ag kernen afgezet in de titania gel. Na gloeien bij 650 ° C resulteert in de vorming van Ag-nanodeeltjes verwerkt in een TiO 2 nanobuis (figuur 6c), sinds de ineenstorting van de titania gel zorgt de Ag-nanodeeltjes de poriën wanden te transporteren. Daarentegen hoge temperatuur gloeien van de titania gel vóór Ag elektrodepositie leidt tot de vorming van vaste TiO2 nanobuisjes. In dit geval zou Ag nanodraden worden afgezet binnen deze buizen, waardoor de vorming van TiO 2-Ag nanodraden met een coaxiale architectuur (figuur 6b). De activiteit van de gesegmenteerde Ag | ZnO nanodraden in fotokatalytische splitsen van water kan worden onderzocht met behulp van een methanol / water-oplossing onder UV-belichting, waar methanol fungeert als een gat aaseter. Een technisch simple methode gasvormig waterstof detecteren evolueren van de oplossing wordt verkregen door een H2 sensor direct boven de oplossing (figuur 7). Dit experiment detecteert alleen de hoeveelheid H 2 de sensor bereikt, zodat het werkelijke bedrag van de gevormde H2 kan hoger als sommige H 2 opgelost in de methanol / water-fase zal blijven. Het signaal zoals gedetecteerd door de sensor wordt getoond in figuur 8a. Figuur 8b toont hetzelfde signaal na transformatie naar het tijdschema van werkelijke H2 formatie. Wanneer de UV-lichtbron is ingeschakeld (t = 17,5 min in figuur 8a), de signaal wegvalt hoofdzaak vanwege de lichtgevoeligheid van de sensor. Direct na deze daling in signaal start de reactie en dus voorlopig werd gedefinieerd als t = 0 min in figuur 8b en de overeenkomstige signaal werd gedefinieerd als 0 V. Tijdens UV blootstelling van de reageerbuis was ook zichtbaar dat kleine gas bubbles werden gevormd. Aangezien de gebruikte sensor enigszins kruisgevoelig methanol, werd de meting van een referentiemonster zonder nanodraden ook. Bij UV-belichting, Figuur 8 toont dat het signaal van het monster met nanodraden hoger dan het signaal van het referentiemonster. De toename van de potentiële is een relatieve maat voor de hoeveelheid gasvormig H2 die zich vormt en evolueert van de oplossing. Om een kwantitatieve schatting van de hoeveelheid ontwikkelde H2 geven de mogelijke respons van de sensor uit de fotokatalytische experimenten vergeleken met de respons in een 4 vol% H2 in N2 gasstroom. Uit de vergelijking, werd geschat dat 17 min UV belichting Ag | ZnO nanodraden resulteerde in de vorming van ongeveer 0,2 vol% H2 in het gasvolume boven de oplossing. Sinds ~ 0,1 g nanodraden werd gebruikt, dit is gelijk aan een H 2 evolutie tarief van 6,92 x 10 -6 Mol / uur · g. Als referentie, werden experimenten met eenfase ZnO of Ag nanodraden ook uitgevoerd. Deze experimenten, hier niet weergegeven, geen enkele aanduiding van H2 vorming kan geven; noch van gasbelvorming noch van de sensor signaal. Figuur 1 werkingsprincipe van gesegmenteerde Ag | ZnO nanodraad in fotokatalytische splitsen van water:. (A) schematische weergave, en (b) energie diagram. Wanneer UV licht wordt geabsorbeerd door het segment ZnO, wordt een elektron-gat paar gevormd. De zo gevormde elektronen naar de Ag fase waarin ze worden geconsumeerd in een elektrochemische reductie half-reactie. Het gat blijft in de ZnO segment waar het wordt geconsumeerd in een oxidatieve half-reactie.krijgen = "_blank"> Klik hier voor grotere afbeelding. Figuur 2. Schematische weergave van de opeenvolgende stappen voor nanodraad synthese. Figuur 3. Typische operationele circuit van de H 2 sensor met Wheatstone brug. In dit schema, pin 1-4 verwijzen naar de bedrading van de sensor (pin 1 is zwart, pin 2 is blauw, pin 3 is wit, pin 4 is bruin ), Rh de weerstand van het verwarmingselement (150 ± 50 Ω), R r de weerstand van de referentie (1500 ± 500 Ω), Rs is de weerstand van de sensor (1, 000 ± 250 Ω). De sensor is verbonden met een stroombron 12 V zodat 0,5 tot 1,0 V op de kachel en 2,7 V op de Wheatstone brug. Vout is aangesloten op de multimeter / potentiostaat. De weerstand naast pin 2 is variabel en kan worden aangepast om een ​​geschikte basislijn verkrijgen. Figuur 4 Typische Het bochten van (a) Ag |.. ZnO nanodraad depositie, en (b) TiO 2-Ag nanodraad depositie De bijvoegsels wordt een verhoogde curve van de afzetting van de Ag segment (a) of Ag kern (b). Klik hier voor grotere afbeelding. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = "altijd"> . Figuur 5 Scanning Electron Microscopy (SEM) foto van axiaal gesegmenteerd ZnO | Ag nanodraden. Figuur 6. SEM foto's van (a) TiO2 nanobuisjes, (b) coaxiale TiO 2-Ag nanodraad en (c) TiO 2 / Ag nanobuisjes. Klik hier voor grotere afbeelding. Figuur 7. Typische opstelling voor het detecterenH 2 gas geëvolueerd van fotokatalytische nanodraden. is de Pd gebaseerd H 2 sensor geplaatst in de NS stekker van een kwarts cuvet, en aangesloten op een versterker (zie figuur 3). De versterker wordt bediend door een 12 V voedingsbron en het signaal van de sensor wordt gelezen door een multimeter (of potentiostaat) aangesloten op een computer voor grafische weergave van het verkregen signaal. Klik hier voor grotere afbeelding. Figuur 8 Reactie van de H 2-sensor tijdens UV-bestraling van Ag |.. ZnO nanodraden in een methanol / water-oplossing (rode lijn) en referentie-experiment zonder nanodraden (blauwe lijn) (a) Signaal zoals gemeten door desensor; (B) Signaal tijdens H 2 vormen, waarbij het ​​gegevenspunt bij t = 17.5 min (a) werd gedefinieerd als de start van de reactie in (b). Klik hier voor grotere afbeelding. . Figuur 9 SEM beeld van photocorroded Ag | ZnO nanodraad na 48 uur van de UV-belichting.

Discussion

Zeer belangrijk in de matrijs elektrodepositie van nanodraden is isolatie van de achterzijde van de goudelektrode gesputterde bovenop het membraan. Zonder isolatie, zou het materiaal bij voorkeur afzetten op het goud oppervlak aan de achterzijde van het membraan in plaats van in de poriën. Dit komt omdat de diffusie van ionen van een vlakke elektrode is veel sneller dan de diffusie in membraanporiën. Een ander nadeel van afzetting aan weerszijden van de goudelektrode is dat de verkregen curve het niet kan worden gerelateerd aan de hoeveelheid en de lengte afgezette nanodraden. In figuur 4 kunnen verschillende fasen vastgesteld voor de afzetting van de Ag segment (a) of Ag kern (b). De eerste fase van elke elektrodepositie experiment opladen van de elektrische dubbellaag, die gepaard gaat met een plotselinge toename van de stroom die langzaam afneemt naarmate de dubbellaag het evenwicht bereikt. Als PCTE membraan pores van Whatman een sigaar-vorm, de huidige toename in het tweede stadium het oppervlak van afzetting toeneemt, waardoor afzetting van meer materiaal tegelijkertijd en snellere toevoer van reactanten, aangezien het oppervlak van de nanodraad dichter bij de ingang van het membraan poriën. In de derde fase, de verandering van de oppervlakte minimaal is, waardoor een kleinere helling van toenemende stroomsterkte aangezien slechts toe snellere toevoer van reactanten is zichtbaar in dit stadium.

Merk op dat bij het afzetten gesegmenteerde nanodraden die zowel een metaal en een oxide segment, de volgorde van elektrodepositie in de poriën worden bepaald door de oplosbaarheid van de afgezette fasen in oplossing expliciet rekening elkaars. In dit geval is het segment Ag afgezet voordat het segment ZnO zoals ZnO in de zure AgNO3 oplossing oplossen. Bij het vormen van een gesegmenteerde nanodraad die een edelmetaal en een minder noble een, zoals Pt en Ni, de galvanische vervanging reactie van Ni door Pt moet rekening worden gehouden. Deze geladen vervanging reactie kan worden onderdrukt door een grotere overpotentiaal zoals besproken in een eerdere publicatie 54.

De keuze met behulp van PCTE of AAO membranen voor nanodraad of nanobuis synthese is meestal gebaseerd op of een thermische gloeistap gewenst is het materiaal bij uitstek. Zonder de noodzaak van een annealing stap PCTE membranen zijn gemakkelijker te hanteren en relatief goede membranen kunnen commercieel worden verkregen. Voor hoge temperatuur gloeien, wordt het gebruik van AAO membranen vereist. Deze membranen zijn niet zo flexibel als de polycarbonaat membranen en zijn zeer bros. Sommige commerciële AAO membranen zijn beschikbaar, maar de kwaliteit van zelfgemaakte AAO membranen met behulp van een 2-staps anodisatie is veel beter. Voor deze, een aantal recepten beschikbaar 55,56.

De Pd-gebaseerde H2 </sub> Sensor van dit onderzoek is een eenvoudige en relatief goedkope werkwijze voor het bepalen of H2 niet gevormd of. Helaas is het niet geschikt voor kwantitatieve metingen door de cross-gevoeligheid voor vluchtige oplosmiddelen zoals methanol, de intrinsieke onvermogen om opgeloste H2 sporen in het methanol / water-oplossing, en de niet-lineaire respons gezien in de vorm van de curven in figuur 8. kwantitatieve metingen kunnen worden uitgevoerd in een opstelling met een GC inlaat verbonden met de kopruimte boven het methanol / watermengsel, die gespecialiseerde apparatuur die niet in elk lab.

H 2 vorming behulp Ag | ZnO nanodraden meestal na opgehouden ~ 48 uur van UV-belichting, zoals blijkt uit beëindigd gasbelvorming. De reden voor dit verlies van activiteit photocorrosion ZnO volgens de volgende reactie 57-60:

ZnO + 2h + → Zn 2 + +1/2 O 2 (8)

Een SEM afbeelding van photocorroded Ag |. ZnO nanodraden is weergegeven in figuur 9 Zoals blijkt uit deze figuur, het oppervlak van de ZnO segment werd veel ruwer bij UV belichting in vergelijking met de als zodanig gesynthetiseerde draden van figuur 5 Als andere opschorten. partij Ag | ZnO nanodraden in dezelfde oplossing in het donker gedurende 48 uur, geen teken van corrosie werd gevonden. Dit bevestigde dat de waargenomen corrosie inderdaad gevolg van photocorrosion en niet van elektrolytische corrosie. In de literatuur zijn verscheidene methoden beschreven voor remming van ZnO photocorrosion, waaronder hybridisatie van ZnO nanodeeltjes met een monolaag van polyaniline of C 60 en enten van ZnO nanorods op TiO2 nanobuisjes 59,61,62.

Templated electrodepositie van axiaal of radiaal gesegmenteerd nanodraden is een perfect platform voor de afzetting van multisegmented nanowires die kunnen meer dan een functie uit te voeren tegelijk, waarbij Ag zijn | ZnO segmenten worden toegepast als fotokatalytische elementen. In een eerdere publicatie, een SEM beeld van een enkele nanodraad met zes segmenten geïntroduceerd: Pt | Au | Pt | Ni | Ag | ZnO. Een dergelijke nanodraad kan worden gebruikt voor autonome beweging (Pt | Au | Pt), magnetische stuurinrichting (Ni) en fotokatalytische H2 vorming (Ag | ZnO) 53.

Kortom, een eenvoudig protocol voor de synthese van gesegmenteerde Ag | ZnO nanodraden en coaxiale TiO 2-Ag nanodraden door templated elektroafzetting wordt verstrekt. Een semi-kwantitatieve methode om de fotokatalytische activiteit van zulke nanodraden bepalen werd aangetoond via de fotokatalytische omzetting van methanol en water in H2 en CO2 onder UV-belichting. Het is de bedoeling dat de metaaloxide-metaal nanodraden kunnen worden gebruikt in multifunctionele nanodraden en andere nanodraad apparaten.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Financiële steun van het gebied Chemische Wetenschappen van Nederland Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO-CW) in het kader van het TOP-programma wordt erkend.

Materials

Silver Nitrate (AgNO3) Acros Organics 419351000 99+%
Boric Acid (H3BO3) Sigma-Aldrich 202878-500G 99.99%
Nitric Acid (HNO3) Acros Organics 124660010 65%
Zinc Nitrate Hexahydrate (Zn(NO3)2·6H2O) Sigma-Aldrich 228737-500G 98%
Dichloromethane (CH2Cl2) Merck (Boom) 51006050100 99%
Titanium oxysulfate (TiOSO4) Sigma-Aldrich 333980-500G Synthesis grade
Hydrogen peroxide (H2O2) Sigma-Aldrich 349887-500ML 35%
Nitric acid (HNO3) Acros Organics 124660010 65%
Potassium nitrate (KNO3) Acros Organics P/6040/60 >99%
Sodium hydroxide (NaOH) Sigma-Aldrich 20606-0025 >98%
Methanol (CH3OH) Merck 1060121000 Dried ≥99.9%
Polycarbonate membranes 200 nm Fisher Scientific 09-300-61
Anopore AAO membranes 200 nm VWR 514-0523
Sputtering system Perkin-Elmer Model 2400
Microscope glass slides (Menzel) VWR 631-0704
Autolab potentiostat with Metrohm-Autolab PGSTAT 128N
– Pt sheet counter electrode PT.SHEET
– Ag/AgCl in 3 M KCl reference electrode 60,733,100
Polypropylene Nunc centrifuge tubes Fisher Scientific 12-565-286C
Centrifuge Hermle Z36HK
Pd-based hydrogen sensor Kebaili KHS-100
4x 15W Hg lamp UV source Philips Philips original home solaria
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kuppler, R. J., et al. Potential applications of metal-organic frameworks. Coordination Chemistry Reviews. 253, 3042-3066 (2009).
  2. Hsu, C. L., et al. vertically Al-doped ZnO nanowires synthesized on ZnO:Ga/glass templates. Journal of The Electrochemical Society. 152, (2005).
  3. Maas, M. G., Rodijk, E. J. B., Maijenburg, W., ten Elshof, J. E., Blank, D. H. A. Photocatalytic segmented nanowires and single-step iron oxide nanotube synthesis: Templated electrodeposition as all-round tool. MRS Proceedings. , 1-6 (2010).
  4. Mallouk, T. E., Sen, A. Powering nanorobots: Catalytic engines enable tiny swimmers to harness fuel from their environment and overcome the weird physics of the microscopic world. Scientific American. 300, 72-77 (2009).
  5. Matei, E., Ion, L., Antohe, S., Neumann, R., Enculescu, I. Multisegment CdTe nanowire homojunction photodiode. Nanotechnology. 21, (2010).
  6. Matei, E., et al. Sequential Deposition Of Multisegment Nanowires. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures. 5, 1067-1076 (2010).
  7. Maas, M. G., Rodijk, E. J. B., Maijenburg, A. W., Blank, D. H. A., ten Elshof, J. E. Microstructure development in zinc oxide nanowires and iron oxohydroxide nanotubes by cathodic electrodeposition in nanopores. Journal of Materials Research. 26, 2261-2267 (2011).
  8. Jiang, H. L., Singh, S. K., Yan, J. M., Zhang, X. B., Xu, Q. Liquid-Phase chemical hydrogen storage: Catalytic hydrogen generation under ambient conditions. ChemSusChem. 3, 541-549 (2010).
  9. Kubas, G. J. Hydrogen activation on organometallic complexes and H2 production, utilization, and storage for future energy. Journal of Organometallic Chemistry. 694, 2648-2653 (2009).
  10. Penner, R. M., Martin, C. R. Preparation and electrochemical characterization of ultramicroelectrode ensembles. Analytical. 59, 2625-2630 (1987).
  11. Hurst, S. J., Payne, E. K., Qin, L., Mirkin, C. A. Multisegmented one-dimensional nanorods prepared by hard-template synthetic methods. Angewandte Chemie – International Edition. 45, 2672-2692 (2006).
  12. Cui, J. B., Gibson, U. J. Electrodeposition and room temperature ferromagnetic anisotropy of Co and Ni-doped ZnO nanowire arrays. Applied Physics Letters. 87, 1-3 (2005).
  13. Lai, M., Riley, D. J. Templated electrosynthesis of zinc oxide nanorods. Chemistry of Materials. 18, 2233-2237 (2006).
  14. Zheng, M. J., Zhang, L. D., Li, G. H., Shen, W. Z. Fabrication and optical properties of large-scale uniform zinc oxide nanowire arrays by one-step electrochemical deposition technique. Chemical Physics Letters. 363, 123-128 (2002).
  15. Sima, M., Enculescu, L., Enache, M., Vasile, E., Ansermet, J. P. ZnO:Mn:Cu nanowires prepared by template method. Physica Status Solidi (B) Basic Research. 244, 1522-1527 (2007).
  16. Leprince-Wang, Y., Wang, G. Y., Zhang, X. Z., Yu, D. P. Study on the microstructure and growth mechanism of electrochemical deposited ZnO nanowires. Journal of Crystal Growth. 287, 89-93 (2006).
  17. Leprince-Wang, Y., Yacoubi-Ouslim, A., Wang, G. Y. Structure study of electrodeposited ZnO nanowires. Microelectronics Journal. 36, 625-628 (2005).
  18. Ramirez, D., Pauporte, T., Gomez, H., Lincot, D. Electrochemical growth of ZnO nanowires inside nanoporous alumina templates. A comparison with metallic Zn nanowires growth. Physica Status Solidi (A) Applications and Materials Science. 205, 2371-2375 (2008).
  19. Karuppuchamy, S., Nonomura, K., Yoshida, T., Sugiura, T., Minoura, H. Cathodic electrodeposition of oxide semiconductor thin films and their application to dye-sensitized solar cells. Solid State Ionics. 151, 19-27 (2002).
  20. Miao, Z., et al. Electrochemically Induced Sol-Gel Preparation of Single-Crystalline TiO2 Nanowires. Nano Letters. 2, 717-720 (2002).
  21. Otani, S., Katayama, J., Umemoto, H., Matsuoka, M. Effect of bath temperature on the electrodeposition mechanism of zinc oxide film from zinc nitrate solution. Journal of the Electrochemical Society. 153, (2006).
  22. Yoshida, T., Komatsu, D., Shimokawa, N., Minoura, H. Mechanism of cathodic electrodeposition of zinc oxide thin films from aqueous zinc nitrate baths. Thin Solid Films. , (2004).
  23. Natarajan, C., Nogami, G. Cathodic electrodeposition of nanocrystalline titanium dioxide thin films. Journal of the Electrochemical Society. 143, 1547-1550 (1996).
  24. Karuppuchamy, S., et al. Cathodic electrodeposition of TiO2 thin films for dye-sensitized photoelectrochemical applications. Chemistry Letters. , 78-79 (2001).
  25. Maijenburg, A. W., et al. Electrochemical synthesis of coaxial TiO2-Ag nanowires and their application for photocatalytic water splitting. Journal of Materials Chemistry A. 2, 2648-2656 (2014).
  26. Wu, X. J., et al. Electrochemical synthesis and applications of oriented and hierarchically quasi-1D semiconducting nanostructures. Coordination Chemistry Reviews. 254, 1135-1150 (2010).
  27. Fujishima, A., Honda, K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode. Nature. 238, 37-38 (1972).
  28. Fujishima, A., Kohayakawa, K., Honda, K. Hydrogen Production under Sunlight with an Electrochemical Photocell. Journal of The Electrochemical Society. 122, 1487-1489 (1975).
  29. Kudo, A., Miseki, Y. Heterogeneous photocatalyst materials for water splitting. Chemical Society Reviews. 38, 253-278 (2009).
  30. Navarro Yerga, R. M., Consuelo Álvarez Galván, M., del Valle, F., Villoria de la Mano, J. A., Fierro, J. L. Water splitting on semiconductor catalysts under visiblelight irradiation. ChemSusChem. 2, 471-485 (2009).
  31. Osterloh, F. E. Inorganic materials as catalysts for photochemical splitting of water. Chemistry of Materials. 20, 35-54 (2008).
  32. Khan, S. U. M., Al-Shahry, M., Ingler Jr, W. B. Efficient photochemical water splitting by a chemically modified n-TiO2. Science. 297, 2243-2245 (2002).
  33. Lin, W. C., Yang, W. D., Huang, I. L., Wu, T. S., Chung, Z. J. Hydrogen production from methanol/water photocatalytic decomposition using Pt/TiO2-xnx catalyst. Energy and Fuels. 23, 2192-2196 (2009).
  34. Ni, M., Leung, M. K. H., Leung, D. Y. C., Sumathy, K. A review and recent developments in photocatalytic water-splitting using TiO2 for hydrogen production. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 11, 401-425 (2007).
  35. Rajeshwar, K. Hydrogen generation at irradiated oxide semiconductor-solution interfaces. Journal of Applied Electrochemistry. 37, 765-787 (2007).
  36. Service, R. F. Chemistry: Catalyst boosts hopes for hydrogen bonanza. Science. 297, 2189-2190 (2002).
  37. Gupta, M., et al. Preparation and characterization of nanostructured ZnO thin films for photoelectrochemical splitting of water. Bulletin of Materials Science. 32, 23-30 (2009).
  38. He, J. H., et al. Electrical and photoelectrical performances of nano-photodiode based on ZnO nanowires. Chemical Physics Letters. 435, 119-122 (2007).
  39. Maeda, K., Domen, K. Solid solution of GaN and ZnO as a stable photocatalyst for overall water splitting under visible light. Chemistry of Materials. 22, 612-623 (2010).
  40. Yang, X., et al. Nitrogen-doped ZnO nanowire arrays for photoelectrochemical water splitting. Nano Letters. 9, 2331-2336 (2009).
  41. Ekambaram, S. Photoproduction of clean H2 or O2 from water using oxide semiconductors in presence of sacrificial reagent. Journal of Alloys and Compounds. 448, 238-245 (2008).
  42. Mohapatra, S. K., John, S. E., Banerjee, S., Misra, M. Water photooxidation by smooth and ultrathin R-Fe2O3 nanotube arrays. Chemistry of Materials. 21, 3048-3055 (2009).
  43. Best, J. P., Dunstan, D. E. Nanotechnology for photolytic hydrogen production: Colloidal anodic oxidation. International Journal of Hydrogen Energy. 34, 7562-7578 (2009).
  44. Hochbaum, A. I., Yang, P. Semiconductor nanowires for energy conversion. Chemical Reviews. 110, 527-546 (2010).
  45. Kudo, A. Recent progress in the development of visible light-driven powdered photocatalysts for water splitting. International Journal of Hydrogen Energy. 32, 2673-2678 (2007).
  46. Li, J., Zhang, J. Z. Optical properties and applications of hybrid semiconductor nanomaterials. Coordination Chemistry Reviews. 253, 3015-3041 (2009).
  47. Yi, H., Peng, T., Ke, D., Zan, L., Yan, C. Photocatalytic H2 production from methanol aqueous solution over titania nanoparticles with mesostructures. International Journal of Hydrogen Energy. 33, 672-678 (2008).
  48. Zäch, M., Hägglund, C., Chakarov, D., Kasemo, B. Nanoscience and nanotechnology for advanced energy systems. Current Opinion in Solid State and Materials Science. 10, 132-143 (2006).
  49. Zhu, J., Zäch, M. Nanostructured materials for photocatalytic hydrogen production. Current Opinion in Colloid and Interface Science. 14, 260-269 (2009).
  50. Martin, C. R. Nanomaterials: A membrane-based synthetic approach. Science. 266, 1961-1966 (1994).
  51. Nozik, A. J. Photochemical diodes. Applied Physics Letters. 30, 567-569 (1977).
  52. Bahnemann, D. W., Kormann, C., Hoffmann, M. R. Preparation and characterization of quantum size zinc oxide: A detailed spectroscopic study. Journal of Physical Chemistry. 91, 3789-3798 (1987).
  53. Maijenburg, A. W., et al. Hydrogen generation from photocatalytic silver|zinc oxide nanowires: Towards multifunctional multisegmented nanowire devices. Small. 7, 2709-2713 (2011).
  54. Maijenburg, A. W., et al. Electrodeposition of micropatterned NiPt multilayers and segmented NiPtNi nanowires. Electrochimica Acta. 81, 123-128 (2012).
  55. Masuda, H., Yada, K., Osaka, A. Self-ordering of cell configuration of anodic porous alumina with large-size pores in phosphoric acid solution. Japanese Journal of Applied Physics, Part 2: Letters. , (1998).
  56. Nielsch, K., Müller, F., Li, A. P., Gösele, U. Uniform nickel deposition into ordered alumina pores by pulsed electrodeposition. Advanced Materials. 12, 582-586 (2000).
  57. Chen, X., et al. Fabrication of sandwich-structured ZnO/reduced graphite oxide composite and its photocatalytic properties. Journal of Materials Science. 45, 953-960 (2010).
  58. Doménech, J., Prieto, A. Stability of ZnO particles in aqueous suspensions under UV illumination. Journal of Physical Chemistry. 90, 1123-1126 (1986).
  59. Fu, H., Xu, T., Zhu, S., Zhu, Y. Photocorrosion inhibition and enhancement of photocatalytic activity for ZnO via hybridization with C60. Environmental Science and Technology. 42, 8064-8069 (2008).
  60. Kislov, N., et al. Photocatalytic degradation of methyl orange over single crystalline ZnO: Orientation dependence of photoactivity and photostability of ZnO. Langmuir. 25, 3310-3315 (2009).
  61. Lei, Y., et al. Fabrication, characterization, and photoelectrocatalytic application of ZnO nanorods grafted on vertically aligned TiO2 nanotubes. Journal of Physical Chemistry C. 113, 19067-19076 (2009).
  62. Zhang, H., Zong, R., Zhu, Y. Photocorrosion inhibition and photoactivity enhancement for zinc oxide via hybridization with monolayer polyaniline. Journal of Physical Chemistry C. 113, 4605-4611 (2009).

Tags

PhotocatalysisNanowiresSegmented Ag|ZnOCoaxial TiO2-AgTemplated ElectrodepositionSchottky BarrierHydrogen Generation

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Maijenburg, A. W., Rodijk, E. J., Maas, M. G., ten Elshof, J. E. Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition. J. Vis. Exp. (87), e51547, doi:10.3791/51547 (2014).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image