JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
עברית

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

אופן ההכנה ושימוש בPhotocatalytically פעיל מקוטע Ag | ZnO וקואקסיאלי טיו<sub> 2</sub>-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

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

ננו Photocatalytically הפעיל דורש שטח מסוים גדול עם נוכחותם של אתרים פעילים catalytically רבים במחצית תגובות חמצון וחיזור, ואלקטרונים במהירות דיפוזיה והפרדת מטען (חור). Nanowires להציג ארכיטקטורות מתאימות כדי לעמוד בדרישות אלה. Axially המפולח Ag | ZnO וnanowires (קואקסיאלי) Tio 2-AG המפולח רדיאלית בקוטר של 200 ננומטר ואורך של 6-20 מיקרומטר נעשו על ידי electrodeposition בתבניות בתוך הנקבוביות של תחמוצת אלומיניום (PCTE) או בציפוי אנודייז חרוט מסלול פוליקרבונט קרומים (AAO), בהתאמה. בניסויים photocatalytic, 2 שלבי ZnO והדוד פעלו כphotoanodes, וAg כקתודה. אין צורך במעגל החיצוני כדי לחבר את שני אלקטרודות, וזה יתרון מרכזי על פני תאי פוטו ואלקטרוכימיים קונבנציונליים. להכנת Ag המפולח | nanowires ZnO, אלקטרוליט מלח Ag הוחלף לאחר היווצרותו של מגזר Ag כדי ליצור קטע ZnOttached למגזר Ag. להכנת nanowires Tio 2-AG קואקסיאליים, ג'ל Tio 2 הוקם לראשונה על ידי שיטת סול ג המושרית אלקטרוכימי. ייבוש וחישול תרמית של Tio 2 ג'ל הבנוי כגרמו להיווצרות של גבישי Tio 2 צינורות. צעד electrodeposition Ag שלאחר מכן בתוך Tio 2 צינורות הביא להיווצרות של nanowires Tio 2-AG קואקסיאליים. בשל השילוב של מוליכים למחצה מסוג n (ZnO או Tio 2) ומתכת (Ag) בתוך אותו nanowire, מחסום שוטקי נוצר בממשק שבין השלבים. כדי להדגים את פעילות photocatalytic של nanowires אלה, Ag | nanowires ZnO שימש בניסוי הפוטו בי H 2 גז זוהה על תאורת UV של nanowires המפוזר בתערובת מתנול / מים. אחרי 17 דקות של תאורה, H כ 0.2% כרך 2 גז התגלה מהשעיה של ~ 0.1 גרם של Ag | ZnOnanowires בתמיסה מימית מתנול 50 מיליליטר 80% כרך.

Introduction

בשל ממדיהם הקטנים ויחס שטח בנפח גדול, nanowires הם אובייקטים חד ממדיים מאוד מבטיחים, שניתן להשתמש במגוון רחב של יישומים ביו וnanotechnological 1. בספרות, nanowires רבים המכיל רכיב אחד עם מאפיינים פונקציונליים דווח 2-7. אבל כאשר חומרים מרובים (מתכות, פולימרים ותחמוצות מתכת) משולבים ברצף בתוך nanowire יחיד, יכול להתבצע nanowires רב תכליתי 8, 9. כאשר כמה מגזרים מחוברים בתוך nanowire יחיד, מאפיינים פונקציונליים עשויים להיראות שלא היו קיימים כאשר רק קטעים הבודדים היו בשימוש. לדוגמא, nanomotors מכיל קטעי Au וPt בתוך nanowire בודד דווחו שעבר באופן עצמאי כאשר הוא ממוקם במי חמצן 4. טכניקות מתאימות להיווצרות של nanowires multisegmented הן חדירה וelectrodeposition בתבניות <sup> 8, 9.

ב1987, פנר ומרטין היו הראשון לפרסם את השימוש בelectrodeposition בתבניות ליצירת nanowires Au בקרומי פוליקרבונט 10. מאז, חוקרים רבים אחרים החלו להשתמש בתבניות electrodeposition לסינתזה של nanowires עם ממדים שונים, תוך שימוש בממברנות פוליקרבונט חרוט מסלול (PCTE) או תחמוצת אלומיניום קרומים (AAO) ותבניות 11. היתרונות של שימוש בתבניות electrodeposition לסינתזת nanowire הם הטבע החסכוני כelectrodeposition מבוצע בדרך כלל בתנאים קלים, האפשרות ליצירת nanowires משני מתכות, תחמוצות מתכת ו / או פולימרים, והיכולת שלה ליצור העתק מדויק של שלילי התבנית משמשת 11. יתר על כן, יכול להיווצר nanowires המפולח על ידי בתצהיר רציף של שניים או יותר שלבים שונים, וכאשר Nanotube של אחד משני השלבים יכוללהתבצע על ידי electrodeposition בתבניות, nanowires קואקסיאליים המכיל שני שלבים שונים יכול להתבצע.

ניתן electrodeposited תחמוצות מתכת כאשר יוני מתכת בהתאמה הם לא מסיסים בתמיסות מימיות ב-pH הגבוה. לחמצן יש צורך, ניתן להשתמש בו שלושה מבשרים שונים, יונים כלומר ניטראט 12-15, מימן פרוקסיד 13, 16, 17, וחמצן מולקולרי 18. עם השימוש ביונים חנקה, כמו בפרוטוקול זה, יישום של פוטנציאל שלילי יותר -0.9 V לעומת Ag / AgCl מוביל לחומציות מוגברת באופן מקומי על ידי הפחתה של ניטראט על הקתודה 19, 20:

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

כאשר תמיסת אלקטרוליט מחוממת ל60-90 ° C, nanowires ZnO יהווה מצין זירזהידרוקסיד ג:

Zn 2 + + 2OH – → ZnO + H 2 O. (2)

על פי בקשה של פוטנציאל האלקטרודה עובדת, אשר ממוקמת בתחתית הנקבובית בelectrodeposition בתבניות, את ה-pH בתוך הנקבובית היא באופן מקומי מוגברת וכתוצאה מכך היווצרות nanowire המקומית. מאז ZnO הוא מוליכים למחצה מסוג n, תגובות (1) ו (2) יכולות להמשיך בממשק ZnO / אלקטרוליט, וכתוצאה מכך היווצרות של גבישים וnanowire הצפוף ZnO 21, 22.

מספר שיטות קיימות לסינתזה של 2 צינורות טיו, אבל להקמת מבנה הקואקסיאלי באמצעות תהליך electrodeposition רציף, שיטת סול ג המושרית אלקטרוכימי היא מתאימה ביותר. שיטה זו לelectrodeposition קתודית של 2 סרטי TIO הוצגה לראשונה על ידי נטריגין et al. ב1996 23. והייתה further משופר על ידי Karuppuchamy et al. ב2001 19, 24. באמצעות שיטה זו, אבקת oxysulfate טיטניום (TiOSO 4) היא מומס בתמיסה מימית של מי חמצן (H 2 O 2) על הקמתה של peroxotitanate מורכב (טי (O 2) SO 4):

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

על פוטנציאל שלילי יותר -0.9 V לעומת Ag / AgCl, pH על פני השטח האלקטרודה הוא גדל על ידי הפחתה של ניטראט (תגובה (1)), ויוצר ג'ל טיטניום הידרוקסיד 19, 20:

טי (O 2) SO 4 + 2OH -. + (X +1) H 2 O טיו (OH) 2 → XH 2 O + H 2 O 2 + SO 4 2 -. (4)


Natarajan et al. ניתוח תרמי ההפרש משמש כדי למצוא מים, כי הוא הוצא מג'ל סביב 283 מעלות צלזיוס במהלך חישול תרמית, מה שגורם להיווצרות של Tio 2 שלב אמורפי 23. לסרט מישוריים, התגבשות לשלב anatase מתרחשת כאשר הטמפרטורה עולה מעל 365 ° C 23, 25, תוך התגבשות מתרחשת בטמפרטורה שבין 525 ו550 מעלות צלזיוס כאשר תבנית AAO משמשת 25.

טיו (OH) 2 · XH 2 O → Tio 2 + (x +1) H 2 O. (5)

הקוטר הנקבובית של תבנית AAO משמשת קובע אם nanowire מוצק או Nanotube הפתוח יוקמו. בתצהיר בתבנית בקוטר נקבובית קטן תוצאות (~ 50 ננומטר) בהיווצרות nanowire 20, 26, תוך יישום באותה השיטה בתוך נקבובית עם קוטר גדול יותר (~ 200 ננומטר) תוצאות בהיווצרות Nanotube 25. סיבה לכך הוא קריסת ג'ל יכולה להתקיים עם ההסרה של עודפי מים.

בתחילת 1970s, פוג'ישימה והונדה היו הראשון לפרסם את מערכת לפיצול מים ישיר תחת אור UV, שבוצע על ידי אלקטרודה רוטיל מצמידים את אלקטרודת פלטינה 27, 28. מאז, למעלה מ 130 חומרים מוליכים למחצה זוהו כphotocatalysts 29-31. מבין אלה, טיטניום דיאוקסיד 32-36, תחמוצת אבץ 37-40, ותחמוצת ברזל 41, 42 הם בין החומרים הנחקרים ביותר באופן אינטנסיבי. יחס שטח לנפח של חומרים אלה ניתן להגדיל באופן דרסטי כאשר חלקיקים או nanowires משמשים, מה שמוביל ליעילות משופרת photocatalytic 29, 30, 43-49.

לבנייה של Ag photocatalytic | nanowires ZnO, ZnO, שהוא n-typ photoactiveמוליכים למחצה בדואר, היה קשור עם Ag באמצעות electrodeposition הרציף בתוך אותה התבנית 50. בתוך nanowire אחד כזה, שphotoanode ZnO וקתודת Ag הם מצמידים ישירות ללא הצורך של מעגל חיצוני המחבר את האלקטרודות, שהנו בניגוד למצב בתאי פוטו ואלקטרוכימיים קונבנציונליים. זה מפשט את ארכיטקטורת מכשיר משמעותי ומגביר את היעילות על ידי הפחתה של הפסדי Ohmic במערכת. מגזרי ZnO וAg היו מצמידים מאז הזיקה האלקטרונית של ZnO (4.35 eV לעומת ואקום) הוא קרוב מאוד לפונקצית העבודה של Ag (4.26 eV לעומת ואקום). זה גורם להיווצרות של מחסום שוטקי בין שני השלבים 51, המאפשר לאלקטרונים נרגשים בפס ההולכה של ZnO לזרום לAg, אך לא להיפך, ולכן אוסר את הסיכוי לרקומבינציה אלקטרון חור 52. שלב wurtzite הפעיל של ZnO יכול להיווצר כבר ב60-90 מעלות צלזיוס, אשר מספקת דרך קלה וחסכונית של nanowהיווצרות זעמם. זאת בניגוד למרבית תחמוצות photoactive האחרות שדורשות צעד חישול ביניים בטמפרטורות גבוהות כאשר נעשה באמצעות electrodeposition קתודית.

המרה של מתנול ומים למימן ופחמן דו חמצני הייתה בשימוש כתגובת מודל כדי להדגים את השימוש בnanowire מפולח המכיל מתכת ושלב תחמוצת מתכת לH האוטונומי 2 היווצרות תחת השפעה של אור UV. בניסוי זה, מתנול משמש כנבלות חור שהוא מתחמצן ל-CO 2 במגזר ZnO, בעקבות התגובה נטו

CH 3 OH + H 2 O + 6 שעות + → CO 2 + 6 שעות +, (6)

שם + h מייצג חור אלקטרון. הפרוטונים נוצרו במגזר ZnO מופחתים לH 2 על פני השטח Ag, בעקבות התגובה

2H + + 2 ה –594; H 2. (7)

מכיוון שהאנרגיה הכוללת הדרושה לתגובות (6) ו (7) קטן בהרבה מהפער של להקת ZnO (0.7 ו3.2 eV, בהתאמה), תהליך זה יכול להתקיים ללא הצורך במקור מתח חיצוני. תהליך זה בא לידי ביטוי באופן סכמטי באיור 1.

בפרוטוקול זה, הליכי הניסוי של electrodeposition בתבניות ליצירת nanowires המפולח וקואקסיאליים המכיל גם מתכות ומוליכים למחצה שלב מוסברים. הליך להקמת Ag המפולח | nanowires ZnO מתואר, כמו גם את הקמתה של 2 צינורות טיו והמילוי הבא שלהם עם Ag להניב nanowires Tio 2-AG קואקסיאליים. יתר על כן, פעילות photocatalytic של Ag | nanowires ZnO מודגם על ידי המרת תערובת מתנול / מים לתוך H 2 וגז CO 2 על הקרנה עם אור האולטרה סגול ההעסקה מבוססת-PDחיישן לזיהוי H 2. הדגש של פרוטוקול זה הוא בהכנה ואפיון photocatalytic של שתי תחמוצת מתכת שונה מפולחת | ניתן למצוא מודולים nanowire המתכת, ויותר טיפול ודוגמא של nanowire רב תכליתי לעומק במקומות אחרים 53. ניתן למצוא גם את תגובת פיצול מים שהועסקה באמצעות nanowires Tio 2-AG קואקסיאליים מקום אחר 25.

Protocol

המפולח Ag | גיבוש ZnO Nanowire בממברנות PCTE 1. PCTE ממברנה הכנה לTemplated Electrodeposition בחר קרום פוליקרבונט חרוט מסלול עם קוטר חיצוני נקבובית של 200 ננומטר ועובי של 6 (איור 2 א) מיקרומטר. הקוטר של הקרום המשמש כאן הוא 25 מ"מ. גמגום שכבת זהב בישבן של הקרום (איור 2b). במקרה זה, לחץ בתצהיר של 2 x 10 -2 mbar היה בשימוש עם Ar כמקרטע גז. השתמש בתצהיר שיעור איטי של ~ 13 ננומטר / דקה. הערה: שכבת Au זה תשמש כמגע חשמלי במהלך electrodeposition. השתמש קלטת דו צדדית דביקה לצרף שקופיות זכוכית קטנות (1.4 x 2.1 סנטימטר) על גבי הצד מצופה הזהב של הממברנה. לשם כך, לשים ארבע רצועות קטנות של קלטת דו צדדית בשולי שקופיות הזכוכית (איור 2 ג). הערה: ודא שהקרום הוא חלק ככל האפשר, ללא כלקפלים או קמטים. שקופיות זכוכית זו משמשת כדי להבטיח electrodeposition סלקטיבית בתוך נקבוביות הקרום. היצמד פיסה קטנה של סרט נחושת על החלק של הקרום שבולט מן שקופיות הזכוכית ליציבות מכאנית. מאז סרט נחושת מנהלת, קליפ התנין של האלקטרודה עובדת יכול להיות מחובר לסרט נחושת. במידת צורך, לשפר את ההידבקות של הקרום לשקופית הזכוכית על ידי הצבת סרט טפלון מסביב לקצוות. הערה: לקבלת תצהירים בטמפרטורת חדר ההידבקות של קלטת דו צדדית היא בדרך כלל חזקה מספיק, אבל בטמפרטורות גבוהות מומלץ להשתמש בסרט טפלון גם כן. . 2 Electrodeposition של Ag | ZnO Nanowires הכנה של מגזר Ag הכן תמיסה מימית המכילה 0.20 M אגנו 3 (1.70 גרם לכל 50 מיליליטר) ו0.10 MH 3 BO 3 (0.31 גרם לכל 50 מיליליטר). התאם את ה-pH ל 1.5 באמצעות HNO 3. שים מוכןקרום יחד עם האלקטרודה נגדית Pt ואלקטרודת התייחסות Ag / AgCl (3 M KCl) בפתרון כמו שהוכן. החל פוטנציאל של +0.10 V לעומת אלקטרודה ההשוואתית Ag / AgCl ל30 שניות (2d ומספרים 2 ה). הערה: למרות שכל תוכנת potentiostat תהיה שונה, צריכה את כל תוכניות קווי קלט כמו "להגדיר פוטנציאלי" ו "משך", שבו יכולים להיות מלאים בערכים אלה פנימה אנא עיינו במדריך לpotentiostat וכלל תוכנה לקבלת פרטים נוספים. קח את האלקטרודות מהפתרון ולשטוף אותם עם מים מילי-Q. הכנה של מגזר ZnO הכן תמיסה מימית המכילה 0.10 M Zn (NO 3) 2 · 6 שעות 2 O (g 1.49 ל50 מיליליטר). מחממים את הפתרון ל60 מעלות צלזיוס באמצעות אמבט מים, ולשים את הקרום המכיל את קטע Ag יחד עם האלקטרודה נגדית Pt ואלקטרודת התייחסות Ag / AgCl בפתרון המחומם. <li<החלת פוטנציאל של -1.00 V לעומת אלקטרודה ההשוואתית Ag / AgCl עבור 20 דקות (2d ומספרים 2 ה). הערה: למרות שכל תכנית potentiostat תהיה שונה, כולם צריך להיות קווי קלט כמו "להגדיר פוטנציאלי" ו "משך", שבו יכולים להיות מלאים בערכים אלה פנימה אנא עיינו במדריך לpotentiostat וכלול בתוכנה לקבלת פרטים נוספים. קח את האלקטרודות מהפתרון ולשטוף אותם עם מים מילי-Q. חזור על 4x בהליך זה כדי להשיג מספיק nanowires לאות משמעותית מהחיישן H 2. 3. הפקת Nanowires והעברה לתמיסה מימית חותכים את הקרום המכיל את nanowires משקופיות הזכוכית. העבר את החלק הזה של הקרום לצינור צנטריפוגות פוליפרופילן. להוסיף ~ 2 מיליליטר של CH 2 Cl 2 לפזר את קרום PCTE ולשחרר את nanowires לתוך התמיסה. לאחר ~ 30 דקות, הקרוםצריך להיות מומס לחלוטין (2f דמויות ו2G). החל טיפה קטנה של פתרון CH 2 Cl 2 המכיל nanowires על Si רקיק קטן לניתוח SEM. צנטריפוגה הפתרון שהושג ב ~ 19,000 XG במשך 5 דקות, להסיר את עודפי CH 2 Cl 2, ולהוסיף CH הטרי 2 Cl 2. חזור על התהליך לפחות פי 3 כדי לוודא שכל פוליקרבונט הוסר. אחרי הכל פוליקרבונט הוסר, להוסיף מים מילי-Q לnanowires לאחר הסרת עודפי CH 2 Cl 2. חזור צנטריפוגה 3x לפחות שוב כדי להחליף לחלוטין את כל CH 2 Cl 2 במים מילי-Q. גיבוש קואקסיאלי Tio 2-AG Nanowire בממברנות AAO 4. AAO ממברנה הכנה לTemplated Electrodeposition קח את קרום AAO עם גודל נקבובית של 200 ננומטר ועובי של 60 מיקרומטר ( <sטרונג> איור 2 א). הקוטר של הקרום המשמש כאן הוא 13 מ"מ. גמגום שכבת זהב על הישבן של הקרום (איור 2b). במקרה זה לחץ תצהיר של 2 x 10 -2 mbar היה בשימוש עם Ar כמקרטע גז. השתמש בתצהיר שיעור איטי של ~ 13 ננומטר / דקה. הערה: שכבת Au זה תשמש כמגע חשמלי במהלך electrodeposition. צרף את קרומי AAO לשקופיות זכוכית מצופים-Au בתצורה כמו באיור 2H באמצעות קלטת טפלון. הערה: כדי להבטיח electrodeposition סלקטיבית בתוך נקבוביות הקרום, קרום AAO צריך להיות מצורף לשקופית זכוכית קטנה בתצורה שונה מקרומי PCTE, כי קרומי AAO הם שבירים מדי עבור חיבור עם קליפ תנין. כאשר שקופיות זכוכית של 3.0 x 2.5 סנטימטר משמשת, ניתן להשתמש בשני קרומים בבת אחת. שים פיסה קטנה של סרט נחושת בחלק Au המצופה של שקופיות הזכוכית לטיפול קל בעת חיבור אלקטרוdes. 5. אלקטרוכימי הפקדת של nanowires 2-AG טיו הכנת ג'ל Tio 2 הכן תמיסה מימית המכילה 0.02 M TiOSO 4 (0.16 גרם לכל 50 מיליליטר), 0.03 MH 2 O 2 (0.13 מיליליטר ל50 מיליליטר), 0.05 M HNO 3 (0.15 מיליליטר ל50 מיליליטר), ו0.25 M kno 3 (ז 1.26 ל50 מיליליטר). שים את הקרום מוכן יחד עם האלקטרודה נגדית Pt ואלקטרודה השוואתי Ag / AgCl (3 M KCl) בפתרון כמו שהוכן. החל פוטנציאל של -1.0 V לעומת אלקטרודה ההשוואתית Ag / AgCl ל3.5 שעה (2d דמויות ו2E). הערה: למרות שכל תוכנת potentiostat תהיה שונה, צריכה את כל תוכניות קווי קלט כמו "להגדיר פוטנציאלי" ו "משך", שבו יכולים להיות מלאים בערכים אלה פנימה אנא עיינו במדריך לpotentiostat וכלל תוכנה לקבלת פרטים נוספים. קח את האלקטרודות מהפתרון ואין לשטוףהממברנה עם מים מילי-Q, כי ג'ל Tio 2 הוא עדיין מסיס במים. ניתן לשטוף אלקטרודות האחרות עם מים מילי-Q. הכנה של nanowires Tio 2-AG קואקסיאליים תרמית לחשל את הקרומים עם הג'ל Tio 2 בתנור ב 650 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות באוויר. חבר מחדש את הקרום לשקופית זכוכית מצופה זהב. הכן תמיסה מימית המכילה 0.20 M אגנו 3 (1.70 גרם לכל 50 מיליליטר) ו0.10 MH 3 BO 3 (0.31 גרם לכל 50 מיליליטר). התאם את ה-pH ל 1.5 באמצעות HNO 3. שים את הקרום מוכן יחד עם האלקטרודה נגדית Pt ואלקטרודה השוואתי Ag / AgCl (3 M KCl) בפתרון כמו שהוכן. החל פוטנציאל של +0.10 V לעומת אלקטרודה ההשוואתית Ag / AgCl ל1.5 דקות (2d ומספרים 2 ה). הערה: למרות שכל תוכנת potentiostat תהיה שונה, צריכה את כל תוכניות קווי קלט כמו שורר להגדיר "משך ntial "ו" ", שבו יכולים להיות מלאים בערכים אלה פנימה אנא עיינו במדריך לpotentiostat וכלול בתוכנה לקבלת פרטים נוספים. קח את האלקטרודות מהפתרון ולשטוף אותם עם מים מילי-Q. הכנה של חלקיקי Ag התאגדו בTio 2 צינורות מחממים את הקרומים עם לילה ג'ל Tio 2 ב100 ° C. הכן תמיסה מימית המכילה 0.20 M אגנו 3 (1.70 גרם לכל 50 מיליליטר) ו0.10 MH 3 BO 3 (0.31 גרם לכל 50 מיליליטר). התאם את ה-pH ל 1.5 באמצעות HNO 3. שים את הקרום מוכן יחד עם האלקטרודה נגדית Pt ואלקטרודה השוואתי Ag / AgCl (3 M KCl) בפתרון כמו שהוכן. החל פוטנציאל של +0.10 V לעומת אלקטרודה ההשוואתית Ag / AgCl ל1.5 דקות (2d ומספרים 2 ה). הערה: למרות שכל תוכנת potentiostat תהיה שונה, כל התוכניות צריכה קווי קלט אוהבים "להגדיר את פוטנציאל "ו" משך ", שבו יכולים להיות מלאים בערכים אלה פנימה נא עיינו במדריך לpotentiostat וכלל תוכנה לקבלת פרטים נוספים. קח את האלקטרודות מהפתרון ולשטוף אותם עם מים מילי-Q. חזור על תהליך זה כדי לקבל לפחות 10 קרומים מלאים בnanowires / צינורות להשיג מספיק חומר לאות משמעותית מחיישן H 2. 6. הפקה של צינורות ו nanowires חותכים את הקרום המכיל את צינורות או nanowires משקופיות הזכוכית. העבר את החלק הזה של הקרום לתוך צינור צנטריפוגות פוליפרופילן. להוסיף ~ 2 מיליליטר של תמיסה מימית המכילה 1.0 M NaOH לפזר את קרום AAO ולשחרר את צינורות או nanowires לתוך התמיסה. לאחר ~ 2 שעות, הקרום צריך להיות מומס לחלוטין (2f דמויות ו2G). צנטריפוגה הפתרון שהושג ב ~ 19,000 XG במשך 5 ק"מn, להסיר את פתרון NaOH מוגזם, ולהוסיף מים מילי-Q טריים. חזור על התהליך לפחות פי 3 כדי לוודא שכל NaOH הוסר. אחרי הכל NaOH הוסר, ההשעיה המימית יכולה לשמש לH 2 ניסויי היווצרות. לחלופין, להוסיף CH 2 Cl 2 או אחר ממס נדיף לצינורות וnanowires לאחר ההסרה של עודפי מים להדמיה של צינורות או nanowires מוכנים עם SEM. חזור צנטריפוגה לפחות פי 3 כדי להחליף את כל המים לחלוטין על ידי הממס תנודתי. להפקיד טיפה קטנה של התמיסה המכילה צינורות או nanowires גבי סי רקיק קטן. H 2 ניסויי גיבוש 7. הכנת חיישן המימן קח את חיישן מבוסס מימן-PD. מקם את החיישן בתוך התוספת NS שמתאימה על גבי שפופרת קוורץ. חבר את החיישן לגשר ויטסטון סטנדרטי כפי שמודגםבאיור 3. 8. גיבוש מימן Photocatalytic שים את פתרון nanowire המימית בתוך שפופרת קוורץ 72 מיליליטר. להוסיף עוד מים עד סך של 10 מיליליטר מים בתוך צינור קוורץ. לאחר מכן להוסיף 40 מתנול מיליליטר. להתחיל להקליט את האות מ H 2 החיישן מבוסס Pd לפני הצבתו על החלק העליון של צינור קוורץ ולפקח על הווריאציה באות. לאחר ~ 200 שניות של אות יציבה, לשים את חיישן H 2 בחלק העליון של צינור קוורץ ובמקביל להפוך למקור אור UV כדי להתחיל את המדידה בפועל. הערה: בניסויים אלה, מקור UV הוצבה כ 10-15 סנטימטר מן המדגם.

Representative Results

במהלך electrodeposition, ניתן דמיינו הנוכחי שנמדד בין האלקטרודות העבודה ודלפק בעקומה זה. מאז הנוכחי קשור באופן ישיר לכמות חומר שהופקד באמצעות חוק פארדיי, הנוכחי נצפו הוא אינדיקציה חשובה לאופן שהתמורה בתצהיר. עקומות זה אופייני לתצהיר של Ag | nanowires ZnO וTio 2-AG מוצגות באיור 4 תמונות אופייניות SEM של Ag |. nanowires ZnO, 2 צינורות טיו, nanowire Tio 2-AG קואקסיאליים וצינורות Tio 2 / Ag יכול להיות מצא באיור 5 ואיור 6, בהתאמה. תוך שימוש בשיטת סול ג המושרה אלקטרוכימי לתצהיר של ג'ל טיטניה בתוך התבנית וelectrodeposition הרציף של Ag יכול לגרום לשני מבנים שונים בהתאם לטמפרטורה המשמשת לייבוש ג'ל. ייבוש של ג'ל הלילה בשעה 100 תוצאות מעלות צלזיוס בCondensation של ג'ל, ומונע לredissolve במים. מאחר שלא צורה צינורי צפופה טרם נוצרה בטמפרטורה זו, גרעיני Ag מופקדים בתוך הג'ל טיטניה. חישול הבא ב650 ° C תוצאות בהיווצרות חלקיקי Ag התאגדו בNanotube Tio 2 (איור 6 ג), שכן הקריסה של ג'ל טיטניה גורמת לחלקיקי Ag להיות מועברים אל הקירות הנקבוביות. לעומת זאת, חישול בטמפרטורה גבוהה של ג'ל טיטניה לפני electrodeposition Ag מוביל להיווצרות של Tio 2 צינורות מוצקים. במקרה זה, nanowires Ag יכול להיות מופקד בתוך צינורות אלה, מה שמוביל להיווצרות של nanowires Tio 2-AG עם ארכיטקטורת קואקסיאלי (6b איור). הפעילות של Ag המפולח | nanowires ZnO בפיצול המים photocatalytic ניתן לחקור באמצעות פתרון מתנול / מים תחת תאורת UV, שבו מעשי מתנול כמחסל חור. מבחינה טכנית פתישיטת le לזהות מימן גזים מתפתחים מהפתרון מתקבלת על ידי הצבת חיישן 2 H ישירות מעל הפתרון (איור 7). ניסוי זה מזהה רק את הסכום של H 2 שהגיע לחיישן, כך שהסכום בפועל של H נוצרה 2 יכול להיות גבוה יותר כחלק H 2 יישאר מומס בשלב מתנול / מים. האות כפי שזוהה על ידי החיישן שמוצגת באיור 8 א. איור 8b מראה את אותו האות אחרי שינוי לטווח הזמן של H 2 היווצרות בפועל. כאשר מקור אור UV היה מופעל (t = 17.5 דקות באיור 8 א), את האות יורדת באופן משמעותי בשל הרגישות לאור של החיישן. מייד אחרי ירידה זו באות, התגובה מתחילה וכתוצאה מכך לרגע זה הוגדר כt = 0 דקות ב8 ב איור, ואת האות המקבילה הוגדרה כ0 V. במהלך החשיפה לקרינת UV של המבחנה, זה היה גם נראה שגז קטן bubbles נוצרו. מאז החיישן המשמש הוא מעט חוצי רגיש למתנול, המדידה של מדגם התייחסות ללא nanowires נכללה גם. במהלך תאורת UV, איור 8 מראה שהאות מהמדגם עם nanowires היא גבוהה יותר מאשר האות ממדגם ההתייחסות. העלייה בפוטנציאל היא מדד ביחס לכמות גזי H 2 שיוצרת ומתפתח מהפתרון. על מנת לתת הערכה כמותית לסכום של H התפתח 2, התגובה האפשרית של החיישן מהניסויים הפוטו הייתה בהשוואה לתגובה שלה בגובה 4% כרך 2 בN 2 זרם גז. מההשוואה, הוערך כי 17 דקות של תאורת UV של Ag | nanowires ZnO גרמו להיווצרות של כ 0.2% כרך H 2 בנפח הגז מעל לפתרון. מאז ~ 0.1 גרם של nanowires היה בשימוש, זה שווה לשיעור אבולוציה H 2 של 6.92 x 10 -6 Mol / hr · גרם. כנקודת התייחסות, ניסויים עם nanowires ZnO או Ag חד פאזיים היו גם ביצעו. ניסויים אלה, לא מוצגים כאן, לא נותנים שום אינדיקציה להיווצרות H 2; לא מהיווצרות בועת גז ולא מאות חיישן. איור 1 עיקרון עבודה של Ag המפולח | nanowire ZnO בפיצול המים photocatalytic:. (א) ייצוג סכמטי, ו (ב) תרשים אנרגיה. כאשר אור UV נספג על ידי מגזר ZnO, זוג אלקטרון חור נוצר. האלקטרונים בנויים כלזרום לשלב Ag שבו הם נצרכים בחצי תגובת ירידת אלקטרוכימי. נשאר החור במגזר ZnO שבו הוא נצרך בחצי תגובת חמצון.מקבל = "_blank"> לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר. איור 2. ייצוג סכמטי של הצעדים רצופים נלקחו לסינתזת nanowire. איור 3. מעגל הפעלה אופייני של חיישן H 2 עם גשר ויטסטון. לפי שיטה זו, פין 1 עד 4 מתייחסים לחיווט של החיישן (פין 1 הוא שחור, הסיכה 2 היא כחולה, פינים 3 הוא לבנים, הסיכה 4 היא חום ), H R הוא ההתנגדות של דוד (150 ± 50 Ω), r R הוא ההתנגדות של ההתייחסות (1,500 ± 500 Ω), R ים הוא את ההתנגדות של החיישן (1 , 000 ± 250 Ω). החיישן מחובר ל12 V מקור כוח, כך ש0.5-1.0 V מוחלים על דוד ו2.7 V מוחלים על הגשר ויטסטון. V מתוך מחובר למודד / potentiostat. ההתנגדות הבאה לפין 2 היא משתנה ויכולה להיות מותאמת על מנת לקבל נקודת התחלה מתאימה. איור 4 עקומות זה אופייניים () Ag |.. תצהיר nanowire ZnO, ו (ב) בתצהיר nanowire Tio 2-AG ריבועי מראים עקום מוגדלת של התצהיר של מגזר Ag (א) או ליבת Ag (ב). לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = "תמיד"> תמונת איור 5 סריקה מיקרוסקופית אלקטרונים (SEM) של ZnO המפולח axially |. nanowires Ag. איור 6. תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים סורקות של () Tio 2 צינורות, (ב) nanowire Tio 2-AG קואקסיאליים ו (ג) צינורות Tio 2 / Ag. לחצו כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר. איור 7. התקנה אופיינית לגילוישל H 2 גז התפתח מnanowires photocatalytic. H 2 החיישן מבוסס PD הוא להציב את תקע NS של קובט קוורץ, ומחובר למגבר (ראה איור 3). המגבר מופעל על ידי מקור 12 V כוח ואת האות מהחיישן נקרא על ידי מודד (או potentiostat) מחובר למחשב לייצוג גרפי של האות המתקבל. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר. איור 8 תגובה מH החיישן 2 במהלך הקרנת UV של Ag |.. Nanowires ZnO בפתרון מתנול / מים (קו אדום) וניסוי התייחסות ללא nanowires (קו כחול) () האות כפי שהיא נמדדת על ידיחיישן; (ב) אות במהלך H 2 היווצרות, שבו נקודת נתונים בזמן t = 17.5 דקות של (א) הוגדרה כתחילת התגובה ב( ב). לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר. . איור 9 תמונה מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של Ag photocorroded | nanowire ZnO לאחר 48 שעות של תאורת UV.

Discussion

חשוב מאוד בelectrodeposition בתבניות של nanowires הוא בידוד של הצד האחורי של האלקטרודה הזהב גמגמה בחלק העליון של הקרום. ללא בידוד, החומר הייתי מעדיף להפקיד על משטח הזהב בצד האחורי של הקרום במקום בתוך הנקבוביות. סיבה לכך הוא דיפוזיה של יונים לאלקטרודה שטוחה היא הרבה יותר מהר מאשר דיפוזיה לתוך הנקבוביות בממברנה. חסרון נוסף של תצהיר בשני הצדדים של האלקטרודה הזהב הוא שהעקומה הוא השיג לא יכול להיות קשור לכמות והאורך של nanowires המופקד. באיור 4, ניתן לזהות מספר שלבים בתצהיר של מגזר Ag (א) או ליבת Ag (ב). השלב הראשון של כל ניסוי electrodeposition טעינה של השכבה הכפולה החשמלית, אשר מלווה בעלייה פתאומית בזרם שיורדת לאט כשכבה הכפולה החשמלית מגיעה לשיווי המשקל שלה. כמו פו קרום PCTEיש לי מיל מWhatman סיגרים צורה, העליות הנוכחיות ובשלב השני כאת שטח הפנים של עליות בתצהיר, שהובילו להדחתו של חומר נוסף באותו הזמן, ואספקה ​​מהירה יותר של מגיבים שכן פני השטח של nanowire מתקרב כניסה של הנקבוביות בממברנה. בשלב השלישי, השינוי בשטח הוא מינימאלי, מה שמוביל למדרון קטן יותר של זרם גובר שכן רק את ההשפעה של אספקה ​​מגיב מהר יותר גלוי בשלב זה.

אנא שים לב כי במקרה של הפקדת nanowires המפולח המכיל גם מתכת וקטע תחמוצת, סדר electrodeposition בתוך הנקבוביות צריך להיקבע על ידי לקיחה את המסיסות של השלבים שהופקדו בפתרונו של זה באופן מפורש בחשבון. במקרה זה, מגזר Ag הופקד לפני קטע ZnO כמו ZnO הייתי מתמוסס באגנו 3 התמיסה חומצית. במקרה של טביעה nanowire מפולח המכיל מתכת אצילה ופחות noble אחד, למשל Pt וניקל, תגובת החלפת גלווני של Ni ידי Pt צריך להילקח בחשבון. תגובת החלפת גלווני זה ניתן לדכא באמצעות overpotential גדול יותר כפי שפורט בפרסום קודם 54.

הבחירה או באמצעות PCTE או קרומי AAO לnanowire או סינתזת Nanotube מבוססת בדרך כלל על האם או לא צעד חישול תרמית הוא רצוי לחומר של בחירה. ללא הצורך בצעד חישול, קרומי PCTE קלים יותר לטפל וניתן להשיג ממברנות טובות יחסית מבחינה מסחרית. לחישול בטמפרטורה גבוהה, נדרש השימוש בממברנות AAO. קרומים אלו אינם גמישים כמו קרומי פוליקרבונט והם מאוד שבירים. כמה ממברנות AAO מסחריות זמינות, אבל את האיכות של קרום תוצרת בית AAO באמצעות anodization 2 שלבים היא הרבה יותר טובה. לשם כך, כמה מתכונים זמינים 55,56.

H מבוסס-PD 2 </sub> חיישן השתמש במחקר זה הוא שיטה קלה וזולה יחסית לקביעה אם H 2 יצר או לא. למרבה הצער, זה לא מתאים למדידות כמותיות בשל הרגישות הצולבת ממסים נדיפים כמו מתנול, חוסר היכולת המהותית לזהות H המומס 2 בפתרון מתנול / מים, והתגובה שאינו ליניארי שלה כפי שניתן לראות בצורת עקומות באיור 8. מדידות כמותיות ניתן לבצעו בהתקנה עם כניסת GC מחוברת למרחב הראש מעל את תערובת מתנול / מים, שהוא ציוד מיוחד שאינו זמין בכל מעבדה.

H היווצרות 2 באמצעות Ag | nanowires ZnO חדל בדרך כלל לאחר ~ 48 שעות של תאורת UV כפי שמעיד היווצרות בועת הגז הופסקה. הסיבה לירידה בפעילות היא photocorrosion של ZnO על פי התגובה 57-60 הבא:

ZnO + 2H + → Zn 2 + +1/2 O 2 (8)

תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של Ag photocorroded |. Nanowires ZnO מוצג באיור 9 ניתן לראות החל מנתון זה, את פני השטח של מגזר ZnO הפכו הרבה יותר קשוחות יותר על תאורת UV בהשוואה לחוטים כ- מסונתזים של איור 5 כאשר מתלים אחר. קבוצה של Ag | nanowires ZnO באותו הפתרון בחושך במשך 48 שעה, אין סימן של קורוזיה נמצאה. זה אישר כי קורוזיה שנצפתה אכן נבעה מphotocorrosion ולא מקורוזיה אלקטרוליטי. בספרות, במספר שיטות כבר דיווחו על עיכוב של photocorrosion ZnO, כוללים הכלאה של חלקיקי ZnO עם monolayer של polyaniline או C 60 והשתלה של nanorods ZnO על Tio 2 צינורות 59,61,62.

electrodeposition Templated של nanowires axially או רדיאלית המפולח הוא פלטפורמה מושלמת לתצהיר של n multisegmentedanowires כי הם מסוגלים לבצע יותר מאשר פונקציה אחת בו זמנית, שבי Ag | ניתן ליישם מגזרי ZnO כמו אלמנטי הפוטו. בפרסום קודם, תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורקת של nanowire יחיד המכיל שישה קטעים הוצגה: Pt | Au | Pt | ניקל | Ag | ZnO. כגון nanowire יכול לשמש לתנועה אוטונומית (Pt | Au | Pt), היגוי מגנטי (Ni) והפוטו H 2 היווצרות (Ag | ZnO) 53.

לסיכום, פרוטוקול פשוט לסינתזה של Ag המפולח | nanowires ZnO וnanowires Tio 2-AG קואקסיאליים ידי electrodeposition בתבניות מסופקים. שיטה חצי כמותית כדי לקבוע את פעילות photocatalytic של nanowires כגון הודגמה באמצעות המרת photocatalytic של מתנול ומים לתוך H 2 ו-CO 2 תחת תאורת UV. זה שחזה כי nanowires מתכת תחמוצת המתכת אלה יכולים לשמש בnanowires רב תכליתי ומכשירי nanowire אחרים.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

תמיכה כספית מחטיבת מדעי הכימיה של ארגון הולנד למחקר מדעי (NWO-CW) במסגרת תכנית TOP הוא הודה.

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