Přejít k obsahu


HiPIMS deposition of Ta–O–N coatings with modified surface by Cu nanoclusters for water splitting application

Citace:
ČAPEK, J., BATKOVÁ, Š., HAVIAR, S., HOUŠKA, J. HiPIMS deposition of Ta?O?N coatings with modified surface by Cu nanoclusters for water splitting application. Gent, Belgie, 2016.
Druh: PŘEDNÁŠKA, POSTER
Jazyk publikace: eng
Anglický název: HiPIMS deposition of Ta?O?N coatings with modified surface by Cu nanoclusters for water splitting application
Rok vydání: 2016
Autoři: Ing. Jiří Čapek Ph.D. , Ing. Šárka Batková , RNDr. Stanislav Haviar Ph.D. , Doc. Ing. Jiří Houška Ph.D.
Abstrakt CZ: Jak bylo již dříve ukázáno, materiál Ta?O?N má vhodné vlastnosti (tj. šířku a zarovnání zakázaného pásu) pro rozklad vody na H2 a O2 při ozáření viditelným světlem (bez nutnosti přivádění napětí). To přináší možnost převést sluneční záření na užitečnou chemickou energii. Nicméně stále není možné takový materiál připravit konvenčními (chemickými) metodami při teplotách nižních než 500 °C bez následného žíhání. Efektivita takového materiálu je navíc omezena rychlou rekombinací vygenerovaných elektronů a děr. Nedávno jsme ukázali, že vhodnou metodou pro nízkoteplotní (méně než 250 °C) a rychlou (více než 150 nm/min) depozici vrstev Ta?O?N s laditelným složením a šířkou zakázaného pásu je vysokovýkonové pulzní magnetronové naprašování. V této práci se zaměřujeme na optimalizaci depozičních podmínek (tj. průměrné výkonové hustoty v pulzu, tlaku pracovního plynu, předpětí na substrátu a teploty), aby bylo dosaženo požadované krystalické a elektronové struktury pro úspěšný rozklad vody. Navíc navrhujeme modifikaci povrchu vrstev měděnými nanoklastry pro zvýšení efektivity celého procesu, a to díky snížené rekombinaci elektronů a děr. K tomuto účelu jsme navrhli speciální systém s duálním magnetronem, kombinující reaktivní vysokovýkonové pulzní magnetronové naprašování se zdrojem kovových nanoklastrů. Výsledky našich experimentů, včetně výsledků z mikroskopie atomárních sil, spektroskopické elipsometrie, skenovacího elektronového mikroskopu a předběžné výsledky fotokatalytické aktivity budou prezentovány.
Abstrakt EN: As reported before, Ta?O?N material can provide appropriate properties (i.e., band gap width and alignment) for splitting of water into H2 and O2 under visible light irradiation (without any external voltage). This could bring a great possibility to convert the solar light into a useful chemical energy. However, it is still impossible to prepare the Ta?O?N electrodes by conventional (chemical) methods at the temperatures less than 500 °C without post-annealing. Moreover, the efficiency of this material for water splitting is limited due to fast recombination rate of photogenerated electrons and holes. Recently, we have demonstrated in our laboratory that high-power impulse magnetron sputtering is a suitable technique for low-temperature (less than 250 °C) and high-rate (higher than 150 nm/min) deposition of Ta?O?N coatings with tunable elemental composition and optical band gap width. In this work, we focus on a further optimization of deposition conditions (e.g., average pulse target power density, working gas pressure, substrate bias and temperature) in order to reach proper crystal and electronic structures of Ta?O?N coatings with respect to the water splitting application. Moreover, we propose to modify the surface of the coatings by Cu nanoclusters in order to enhance the efficiency of water splitting due to a reduced recombination rate of electrons and holes. For this purpose, we have designed a unique dual magnetron-based system combining the reactive high-power impulse magnetron sputtering with a source of metallic nanoclusters. The results of our experiments including the coating properties investigated using atomic force microscopy, spectroscopic ellipsometry and high-resolution SEM and preliminary data on photocatalytic activity will be presented in detail.
Klíčová slova

Zpět

Patička