Doping of photoactive TiO2 films by DC plasma electrolytic oxidation : effect of transition metals

The aim of this work was to synthetize TiO2-based photoanodes doped with different elements (Zn, Cu and Fe), in order to reduce the bandgap energy and to increase the capability of visible light absorption. The electrodes were obtained with a direct current Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) process. SEM and EDS analyses were done to assess the effect of doping elements on surface morphology and composition, respectively. Photocurrent density was determined by LSV measurements under VIS and UV-C irradiation. In general, in a low concentration range the photocurrent density increased with the dopant precursor concentration, while a decrease in values were measured above a certain concentration threshold specific of the doping element. Based on LSV the value of flat band potential was also evaluated. The photoelectrocatalytic activity of doped TiO2 was assessed by Methylene Blue (MB) degradation tests. Regardless the nature of the doping element, the kinetic constant increased linearly as a function of the photocurrent response, with fastest kinetics shown by the Zn-doped TiO2 films.

L’obiettivo di questo lavoro era quello di sintetizzare fotoanodi a base di TiO2 drogato con diversi elementi (Zn, Cu e Fe), in modo da ridurre l’energia di bandgap e da aumentare la capacità di assorbimento di luce visibile. Gli elettrodi sono stati ottenuti con un processo in corrente continua di ossidazione elettrolitica al plasma (PEO). Sono state effettuate analisi SEM ed EDS in modo da valutare l’effetto degli elementi droganti rispettivamente sulla morfologia superficiale e sulla composizione. La densità di fotocorrente è stata determinata mediante misure LSV sotto irraggiamento VIS e UV-C. In generale, in un range di basse concentrazioni, la densità di fotocorrente cresce all’aumentare della concentrazione del precursore drogante, mentre una diminuzione nei valori è stata registrata al di sopra di una certa concentrazione limite, specifica per ogni elemento drogante. Basandosi sulle misure LSV, sono stati ricavati anche i valori di potenziale di flat band. L’attività fotoelettrocatalitica dei campioni di TiO2 drogato è stata valutata con esperimenti di degradazione di Blu di Metilene (MB). Indipendentemente dalla natura dell’elemento drogante, la costante cinetica aumenta linearmente in funzione della densità di fotocorrente, con la cinetica più veloce misurata nel caso di film a base di TiO2 drogati con zinco.