Optical and photocatalytic properties of TiO sub(2 )films modified with oxides and gold

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 2013-03, Vol.44 (2-3), p.119-123
• Main Authors: Busko, T, Dmytrenko, O, Kulish, M, Prylutskyy, Y, Shokhovets, S, Gobsch, G, Vityuk, N, Eremenko, A, Tkach, V
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Absorption spectra; Doped films; Gold; Nanoparticles; Photocatalysis; Silicon dioxide; Titanium dioxide; Zirconium dioxide
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.201300104

Films consisting of TiO sub(2)/ZrO sub(2)/SiO sub(2 )undoped and doped with Au nanoparticles were synthesized by the sol-gel method. The films were characterized with X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), spectroscopic ellipsometry (SE) and optical absorption (OA) methods. The XRD study demonstrates the formation of TiO sub(2 )anatase nanocrystals and Au nanoparticles. SE and OA measurements of the undoped films showed no significant absorption in the spectral range of 400-1000 nm. Doping with Au nanoparticles resulted in the appearance of a surface plasmon resonance (SPR) absorption band at 600 nm as well as weaker absorption bands in the 300-500 nm region. The observed changes in optical properties agreed with the enhanced photocatalytic activity of Au-doped TiO sub(2)/ZrO sub(2)/SiO sub(2 )films with gold compared to undoped films. The photocatalytic activity was evaluated by the photodegradation of the organic dye Rhodamine B. Under optimized conditions, the photodecomposition rate of the doped films was several times larger than that of the undoped films. Films of TiO sub(2), TiO sub(2)/ZrO sub(2)/SiO sub(2) and ternary oxides were investigated.Original Abstract: Ternaere Oxidfilme aus TiO sub(2)/ZrO sub(2)/SiO sub(2), dotiert und undotiert mit Gold-Nanopartikeln, wurden durch Sol-Gel-Verfahren synthetisiert. Die erhaltenen Filme wurden mit Rontgenbeugung (XRD), spektroskopischer Ellipsometrie (SE) und der optischen Absorption (OA) umfassend untersucht. Die XRD-Studien zeigten die Bildung von Nanokristallen in der TiO sub(2)-Anatasphase und die Bildung von Gold-Nanopartikeln. SE und OA Messungen von den undotierten Schichten zeigen keine signifikante Absorption in einem Spektralbereich von 400-1000 nm. Die Dotierung mit Au-Nanopartikeln fuehrt zum Auftreten der Oberflaechenplasmonenresonanz-(SPR)-Absorptionsbande bei 600 nm, sowie schwaecherer Absorptionsbanden im Bereich von 300-500 nm. Das Ausmas der Absorption steigt mit zunehmendem Goldgehalt. Die beobachteten Veraenderungen in den optischen Eigenschaften korrelierten mit der photokatalytischen Aktivitaet von gold-dotierten TiO sub(2)/ZrO sub(2)/SiO sub(2) Filmen im Vergleich mit undotierten Filmen. Die photokatalytische Aktivitaet wurde durch den photochemischen Abbau des organischen Farbstoffes (Rhodamin B) untersucht. Bei optimierten Bedingungen war die Geschwindigkeitskonstante der Photozersetzung an einem dotierten Film um ein Mehrfaches groser als bei der undotierten S