Nanomaterial architecture with highly ordered, vertically oriented $TiO_2$ nanotube arrays shows a good promise for diverse technological applications. As inspired from the literature reports that Nickel modification can improve the photocatalytic activity of $TiO_2$, it was planned to coat Ni into the $TiO_2$ matrix. In this study, first $TiO_2$ nanotubes(TiNTs) were prepared by anodization (60V,3min) in HF-free aqueous electrolyte on ultrasonically cleaned polished titanium sheet substrates ($1{\times}7cm^2$). The typical thickness of the sintered TiNT ($500^{\circ}C$for10min) was ~1 micronas confirmed from the FESEM study. In the next part, as-anodized and sintered TiNT/Ti photoanodes were used to coat Ni by AC electrodeposition from aqueous 0.1M nickel sulphate solution. During AC electrodeposition, conditions such as 1V DC offset voltage, 9V amplitude (peak-to-peak) and 750 Hz frequency were fixed constant and the deposition time was varied as 0.5 min, 1 min, 2 min and 10 min. The photoelectrochemical performance of pristine and Ni modified TiNT/Ti photoanodes was measured in 1N NaOH electrolyte under 1 SUN illumination in the potential range of -1V and 1.2V versus Ag/AgCl reference electrode. The photocurrent performance of TiNT/Ti photoanode decreased upon Ni modification and the results were confirmed after repeated experiments. This suggests us that Ni modification inhibits the photoelectrochemical performance of $TiO_2$ nanotubes.
One-dimensional (1D) piezoelectric nanostructures are attractive candidates for energy generation because of their excellent piezoelectric properties attributed to their high aspect ratios and large surface areas. Vertically grown BaTiO3 nanotube (NT) arrays on conducting substrates are intensively studied because they can be easily synthesized with excellent uniformity and anisotropic orientation. In this study, we demonstrate the synthesis of 1D BaTiO3 NT arrays on a conductive Ti substrate by electrochemical anodization and sequential hydrothermal reactions. Subsequently, we explore the effect of hydrothermal reaction conditions on the piezoelectric energy conversion efficiency of the BaTiO3 NT arrays. Vertically aligned TiO2 NT arrays, which act as the initial template, are converted into BaTiO3 NT arrays using hydrothermal reaction with various concentrations of the Ba source and reaction times. To validate the electrical output performance of the BaTiO3 NT arrays, we measure the electricity generated from each NT array packaged with a conductive metal foil and epoxy under mechanical pushings. The generated output voltage signals from the BaTiO3 NT arrays increase with increasing concentration of the Ba source and reaction time. These results provide a new strategy for fabricating advanced 1D piezoelectric nanostructures by demonstrating the correlation between hydrothermal reaction conditions and piezoelectric output performance.
We compared the plausible reaction mechanism and quantitative efficiency of highly self-organized TiO2 nanotube (ntTiO2) film with TiO2 powder. Film was fabricated by electrochemical potentiostatic anodization of titanium thin film in an ethylene-glycol electrolyte solution containing 0.3 wt% NH4F and 2 vol% deionized water. Nanotubes with a pore size of 80-100 nm were formed by anodization at 60 V for 3 h. Humic acid (HA) was degraded through photocatalytic degradation using the ntTiO2 film. Pseudo first-order rate constants for 0.3 g of ntTiO2, 0.3 g TiO2 powder, and 1 g TiO2 powder were 0.081 min−1, 0.003 min−1, and 0.044 min−1, respectively. HA adsorption on the ntTiO2 film was minimal while adsorption on the TiO2 powder was about 20% based on thermogravimetric analysis. Approximately five-fold more normalized OH radicals were generated by the ntTiO2 film than the TiO2 powder. These quantitative findings explain why ntTiO2 film showed superior photocatalytic performance to TiO2 powder.
알칼리 수열합성법에 의해 높은 비표면적을 갖는 티타니아 나노튜브(TiNT)를 합성하였다. 가시광용 광촉매로서의 응용성을 조사하기 위해 CdS 나노입자와 조성(r=TiNT/(CdS+TiNT))을 바꿔가며 일련의 무기 복합필름을 제조하였다. 또한 비교를 위해 티타니아 나노튜브 대신 티타니아 나노입자와 CdS로 구성된 복합체를 역시 제조하였다. 합성된 티타니아 나노튜브는 $200^{\circ}C$ 이상의 소결온도에서 부분적으로 튜브 구조의 붕괴가 시작되었지만, CdS와의 복합체는 $450^{\circ}C$ 까지도 비교적 안정한 구조를 유지하였다. (CdS+TiNT)복합필름은 티타니아 나노입자 복합계와 비교할 때 가시광 흡수 측면에서는 유사한 정도를 나타내었지만, 수소생산 활성과 광전류 발생은 오히려 훨씬 낮은 값을 나타내었다. 결과적으로, 티타니아 나노튜브는 그의 높은 비표면적에도 불구하고 자기들끼리의 응집성이 강하여 CdS와의 전기적 상호작용이 약하며, 특히 얇은 튜브벽 두께(${\sim}3nm$)와 낮은 결정성에 기인하는 약한 광전류 특성은 이의 광촉매로서의 응용성을 상당히 제한하는 요소로 나타났다.
$Na_2Ti_6O_{13}$ (NT)가 도핑된 $BaTiO_3-(Bi_{0.5}Na_{0.5})TiO_3$ BBNT) PTCR 세라믹스를 변형된 세라믹공정을 이용하여 제조하였다. 제조된 BBNT 세라믹의 미세구조와 PTCR 특성에 미치는 NT의 효과를 조사하였다. $1300^{\circ}C$에서 합성된 BBNT 세라믹은 NT의 도핑량이 증가함에 따라 비정상적으로 성장된 입자의 수가 증가하였다. 뿐만 아니라, NT의 도핑량 증가는 상온비저항을 약간 증가시켰지만 큐리온도 (Tc) 부근의 최대비저항/최소비저항으로 정의되는 PTC 점프 특성을 크게 향상시켰다. 특히, 0.01mol%의 NT 도핑 시 상온비저항은 $425\;\Omega{\cdot}cm$, PTC 점프는 ($2.02{\times}^10^5$) 저항온도계수는 69.8% 및 Tc는 $155^{\circ}C$의 우수한 결과를 나타내었다.
Kim, Sang-Mo;Kim, Hark-Jin;Kim, Yong-Joo;Lim, Goo-Il;Choi, Young-Sik;Lee, Wan-In
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제32권11호
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pp.4035-4040
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2011
Long $TiO_2$ nanotube (NT) arrays, prepared by electrochemical anodization of Ti foils, have been utilized as dye-adsorbing electrodes in dye-sensitized solar cells (DSCs). By anodizing for 1-24 hr and subsequent annealing, highly crystallized and tightly-adhered NT arrays were tailored to 11-150 ${\mu}m$ lengths, ~90 nm innerpore diameter and ~30 nm wall thickness. I-V curves revealed that the photovoltaic conversion efficiency (${\eta}$) was proportional to the NT length up to 36 ${\mu}m$. Beyond this length, the ) was proportional to the NT length up to ${\eta}$ was still steadily increased, though at a much lower rate. For example, an ${\eta}$ of 5.05% at 36 ${\mu}m$ was increased to 6.18% at 150 ${\mu}m$. Transient photoelectron spectroscopic analyses indicated that NT array-based DSCs revealed considerably higher electron diffusion coefficient ($D_e$) and life time (${\tau}_e$) than those with $TiO_2$ nanoparticles (NP). Moreover, the electron diffusion lengths ($L_e$) of the photo-injected electrons were considerably larger than the corresponding NT lengths in all the cases, suggesting that electron transport in NT arrays is highly efficient, regardless of tube length.
Torres, I. Zamudio;Dominguez, A. Sosa;Bueno, J.J. Perez;Meas, Y.;Lopez, M.L. Mendoza;Dector, A.
Advances in nano research
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제10권3호
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pp.211-219
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2021
The evaluation of the corrosion resistance of titanium with a TiO2 nanotubes top layer was carried out (TiO2 NT). These nanostructures were evolved into anatase nanoparticles without heat treatment in an aqueous medium, which is a novel phenomenon. This work analyzes the layer between the nanotube bottom and the substrate, which is thin and still susceptible to corrosion. The bottom of TiO2 nanotubes having Fluor resulting from the synthesis process changed between amorphous to crystalline anatase with a crystallite size of about 4 nm, which influenced the corrosion rates. Four kinds of samples were evaluated. A) NT by Ti anodizing; B) NTSB for Ti plates, either modifying its surface or anodizing the modified surface; C) NT-480 for anodized Ti and heat-treated (480℃) for reaching the anatase phase; D) NTSB-480 for Ti plates, first, modifying its surface using sandblast, after that, anodizing the modified surface, and finally, heat-treated to 480℃ to compare with samples having induced crystallization and passivation. Four electrochemical techniques were used to evaluate the corrosion rates. The surfaces having TiO2 nanotubes with a sandblast pre-treatment had the highest resistance to corrosion.
Kim, Jae-Yup;Park, Sun-Ha;Choi, Jung-Woo;Shin, Jun-Young;Sung, Yung-Eun
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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pp.71-71
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2011
Dye-sensitized solar cells (DSCs) have drawn great academic attention due to their potential as low-cost renewable energy sources. DSCs contain a nanostructured TiO2 photoanode, which is a key-component for high conversion efficiency. Particularly, one-dimensional (1-D) nanostructured photoanodes can enhance the electron transport for the efficient collection to the conducting substrate in competition with the recombination processes. This is because photoelectron colletion is determined by trapping/detrapping events along the site of the electron traps (defects, surface states, grain boundaries, and self-trapping). Therefore, 1-D nanostructured photoanodes are advantageous for the fast electron transport due to their desirable features of greatly reduced intercrystalline contacts with specified directionality. In particular, anodic TiO2 nanotube (NT) electrodes recently have been intensively explored owing to their ideal structure for application in DSCs. Besides the enhanced electron transport properties resulted from the 1-D structure, highly ordered and vertically oriented nanostructure of anodic TiO2 NT can contribute additional merits, such as enhanced electrolyte diffusion, better interfacial contact with viscous electrolytes. First, to confirm the advantages of 1-D nanostructured material for the photoelectron collection, we compared the electron transport and charge recombination characteristics between nanoparticle (NP)- and nanorod (NR)-based photoanodes in DSCs by the stepped light-induced transient measurements of photocurrent and voltage (SLIM-PCV). We confirmed that the electron lifetime of the NR-based photoanode was much longer than that of the NP-based photoanode. In addition, highly ordered and vertically oriented TiO2 NT photoanodes were prepared by electrochemical anodization method. We compared the photovoltaic properties of DSCs utilizing TiO2 NT photoanodes prepared by one-step anodization and two-step anodization. And, to reduce the charge recombination rate, energy barrier layer (ZnO, Al2O3)-coated TiO2 NTs also applied in DSC. Furthermore, we applied the TiO2 NT photoanode in DSCs using a viscous electrolyte, i.e., cobalt bipyridyl redox electrolyte, and confirmed that the pore structure of NT array can enhance the performances of this viscous electrolyte.
Quantum dots (QDs) are an attractive material for application in solar energy conversion devices because of their unique properties including facile band-gap tuning, a high-absorption coefficient, low-cost processing, and the potential multiple exciton generation effect. Recently, highly efficient quantum dot-sensitized solar cells (QDSCs) have been developed based on CdSe, PbS, CdS, and Cu-In-Se QDs. However, for the commercialization and wide application of these QDSCs, replacing the conventional rigid glass substrates with flexible substrates is required. Here, we demonstrate flexible CISe QDSCs based on vertically aligned $TiO_2$ nanotube (NT) electrodes. The highly uniform $TiO_2$ NT electrodes are prepared by two-step anodic oxidation. Using these flexible photoanodes and semi-transparent Pt counter electrodes, we fabricate the QDSCs and examine their photovoltaic properties. In particular, photovoltaic performances are optimized by controlling the nanostructure of $TiO_2$ NT electrodes.
The microstructure and positive temperature coefficient of resistivity (PTCR) characteristics of 0.1 mol%$Na_2Ti_6O_{13}$ doped $0.94BaTiO_3-0.06(Bi_{0.5}Na_{0.5})TiO_3$ (BBNT-NT001) ceramics sintered at various temperatures from $1200^{\circ}C$ to $1350^{\circ}C$ were investigated in order to develop eco-friendly PTCR thermistors with a high Curie temperature ($T_C$). Resulting thermistors showed a perovskite structure with a tetragonal symmetry. When sintered at $1200^{\circ}C$, the specimen had a uniform microstructure with small grains. However, abnormally grown grains started to appear at $1250^{\circ}C$ and a homogeneous microstructure with large grains was exhibited when the sintering temperature reached $1325^{\circ}C$. When the temperature exceeded $1325^{\circ}C$, the grain growth was inhibited due to the numerous nucleation sites generated at the extremely high temperature. It is considered that $Na_2Ti_6O_{13}$ is responsible for the grain growth of the $0.94BaTiO_3-0.06(Bi_{0.5}Na_{0.5})TiO_3$) ceramics by forming a liquid phase during the sintering at around $1300^{\circ}C$. The grain growth of the BBNT-NT001 ceramics was significantly correlated with a decrease of resistivity. All the specimens were observed to have PTCR characteristics except for the sample sintered at $1200^{\circ}C$. The BBNT-NT001 ceramics had significantly decreased $\tilde{n}_{rt}$ and increased resistivity jump with increasing sintering temperature at from $1200^{\circ}C$ to $1325^{\circ}C$. Especially, the BBNT-NT001 ceramics sintered at $1325^{\circ}C$ exhibited superior PTCR characteristics of low resistivity at room temperature ($122\;{\Omega}{\cdot}cm$), high resistivity jump ($1.28{\times}10^4$), high resistivity temperature factor (20.4%/$^{\circ}C$), and a high Tc of $157.9^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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