無線周波数マグネトロンスパッタリング堆積方法と可視光照射下での光触媒反応性による窒素置換TIO2薄膜光触媒の調製

N2/AR混合物スパッタリングガスを使用して、窒素置換TiO2（N-TiO2）薄膜光触媒は、無線周波数マグネトロンスパッタリング（RF-MS）堆積方法によって調製されています。N-Tio2薄膜の特性に対する置換窒素の濃度の効果は、UV-VIS吸収分光法、X線光電子分光法（XPS）、X線回折（XRD）、および走査型電子顕微鏡検査（SEM）によって調査されました。）分析。N-Tio2薄膜の吸収帯は、TiO2格子内で置換された窒素の濃度に依存して、2.0〜16.5％の範囲で、目に見える光領域に最大550 nmにスムーズにシフトすることがわかりました。窒素濃度が6.0％のN-Tio2薄膜光触媒は、可視（lambda>または= 450 nm）または太陽光照射の下でも水で希釈された2-プロパノールの光触媒酸化に対して最も高い反応性を示しました。さらに、ガラス電極の導電性に調製されたN-Tio2薄膜光触媒は、目に見える光の下での水の光酸化に起因する陽極酸化光電流を示しました。現在の変換効率から吸収された光子は、それぞれUV（ラムダ= 360 nm）および可視光（ラムダ= 420 nm）で25.2％と22.4％に達しました。UV-visおよび光電気化学的調査により、これらの薄膜は、673 Kでの熱処理下でも熱力学的および機械的に安定していることを確認しました。さらに、XPSおよびXRD研究により、natomsのTiO2の格子O原子の格子の有意に高い置換が明らかになりました。Tio2薄膜のバンドギャップ狭窄に重要な役割を果たし、非常に反応性のある効果的な光触媒として可視光照射の下で吸収および動作することができます。

Nitrogen-substituted TiO2 (N-TiO2) thin film photocatalysts have been prepared by a radio frequency magnetron sputtering (RF-MS) deposition method using a N2/Ar mixture sputtering gas. The effect of the concentration of substituted nitrogen on the characteristics of the N-TiO2 thin films was investigated by UV-vis absorption spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM) analyses. The absorption band of the N-TiO2 thin film was found to shift smoothly to visible light regions up to 550 nm, its extent depending on the concentration of nitrogen substituted within the TiO2 lattice in a range of 2.0-16.5%. The N-TiO2 thin film photocatalyst with a nitrogen concentration of 6.0% exhibited the highest reactivity for the photocatalytic oxidation of 2-propanol diluted in water even under visible (lambda > or = 450 nm) or solar light irradiation. Moreover, N-TiO2 thin film photocatalysts prepared on conducting glass electrodes showed anodic photocurrents attributed to the photooxidation of water under visible light, its extent depending on wavelengths up to 550 nm. The absorbed photon to current conversion efficiencies reached 25.2% and 22.4% under UV (lambda = 360 nm) and visible light (lambda = 420 nm), respectively. UV-vis and photoelectrochemical investigations also confirmed that these thin films remain thermodynamically and mechanically stable even under heat treatment at 673 K. In addition, XPS and XRD studies revealed that a significantly high substitution of the lattice O atoms of the TiO2 with the N atoms plays a crucial role in the band gap narrowing of the TiO2 thin films, enabling them to absorb and operate under visible light irradiation as a highly reactive, effective photocatalyst.