Sulu ortamda anodik yükseltgenmeyle elde edilen nanotüp yapılı TiO2 elektrotların fotoelektrokimyasal performansı

Abstract

Levha halindeki titanyum metalinin yüzeyinde iki farklı yöntemle TiO2 oluşturulmuştur. Kullanılan ilk yöntem termal yükseltgenme ikincisi ise anodik yükseltgenmedir. Termal yükseltgenme ile TiO2 eldesi, Ti levhanın hava ortamında laboratuvar fırınında 3 saat ısıtılmasıyla gerçekleştirilmiştir. Anodik yükseltgenme HF içeren sulu elektrolit içerisinde 20 V sabit gerilimin Ti levhaya uygulanmasıyla yapılmıştır. Anodik yükseltgeme yöntemi ile Ti levha yüzeyinde nanotüp yapılı amorf TiO2 elde edilmektedir. Amorf yapının kristallenmesi için hava ortamında laboratuvar fırınında 3 saat ısıtma uygulanmıştır. Her iki yöntemde de elektrotlar 400, 500, 550, 600, 650 ve 700 °C’de ısıl muameleye tabi tutulmuştur. Elde edilen elektrotlar XRD ve SEM yöntemleri kullanılarak karakterize edilmiştir. XRD sonuçları, 500 °C’ye kadar kalsine edilen elektrotların yüzeyindeki TiO2’nin çoğunun amorf yapıda olduğunu, 600 °C ve daha yüksek sıcaklıklarda kalsine edilenlerin çok büyük oranda kristal yapıda olduğunu göstermiştir. Hazırlanan elektrotların 0,5 M Na2SO4 çözeltisinde UV ışığı altında fotoakım değerleri ölçülmüş ve fotoelektrokimyasal performansları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Farklı yöntemler kullanılarak ve farklı sıcaklıklarda elde edilen elektrotların performansları karşılaştırıldığında en yüksek fotoakım değeri, Ti levha yüzeyinde 20 dakikalık anodik yükseltgemeyle üretilen ve 650 °C’de kalsine edilen elektrotla (TiNT-HF-650-20dk) elde edilmiştir. Anodik yükseltgenme yöntemiyle hazırlanan nanotüp yapılı TiO2’nin UV ışığı altında elde edilen fotoakım değerinin termal yükseltgenme ile elde edilene kıyasla 1,5 kata yakın daha yüksek olduğu belirlenmiştir. 20 dakikalık kısa bir sürede anodik yükseltgenme ile sulu ortamda nanotüp yapılı olarak elde edilebilen TiO2 elektrodunun fotoelektrokimyasal performansında kayda değer bir iyileşme olduğu belirlenmiştir.

TiO2 was formed on the surface of the titanium plate by two different methods. The first method used is thermal oxidation and the second is anodic oxidation. The production of TiO2 by thermal oxidation was carried out by heating the Ti plate in an air environment in a laboratory oven for 3 hours. The anodic oxidation was carried out by applying a constant voltage of 20 V to the Ti Plate in an aqueous electrolyte containing HF. Nanotube-structured amorphous TiO2 is obtained on the Ti plate by anodic oxidation method. To crystallize the amorphous structure, it was heated in the laboratory oven for 3 hours in an air environment. The electrodes were heat treated at 400, 500, 550, 600, 650, and 700 °C in both methods. The obtained electrodes were characterized using XRD and SEM methods. XRD results showed that most of the TiO2 on the surface of the electrodes calcined up to 500 °C was amorphous, while those calcined at 600 °C and higher temperatures were largely crystalline. Photocurrent values of the prepared electrodes in 0.5 M Na2SO4 solution were measured under UV light and their photoelectrochemical performances were examined comparatively. When the performances of the electrodes obtained by using different methods and at different temperatures were compared, the highest photocurrent value was obtained with the electrode (TiNT-HF-650-20min) produced by anodic oxidation for 20 minutes on the Ti plate surface and calcined at 650 °C. It was determined that the photocurrent value obtained under UV light of nanotube-structured TiO2 prepared by the anodic oxidation method was approximately 1.5 times higher than that obtained by thermal oxidation. It has been determined that there is a remarkable improvement in the photoelectrochemical performance of the TiO2 electrode, which can be obtained as a nanotube structure in an aqueous medium by anodic oxidation in a short time of 20 minutes