مجلۀ پژوهش فیزیک ایران

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

هیئت دبیران

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اطلاعات آماری نشریه

اخبار و اعلانات

ساخت و مشخصه یابی لایه‌های نازک متخلخل BiVO4: تأثیر نقص‌های ساختاری بر خواص فوتوالکتروشیمیایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

2 گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه حکیم سبزواری- سبزوار

3 گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

4 عضو هیات علمی / دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

در این تحقیق، لایه ­های نازک متخلخل BiVO4 به ضخامت حدود 1/3 میکرومتر به کمک روش افشانۀ پایرولیز پالسی بر روی بستر رسانای شفاف ITO تهیه شد. بررسی الگوی پراش پرتو X، نشان داده که این لایه­ ها ساختار چهار وجهی شیلایت داشته و میانگین اندازۀ بلورک ­های آن حدودnm  16 تخمین زده شد. بر اساس تحلیل نتایج طیف جذب اپتیکی در محدودۀ مرئی-فرابنفش، لایه­ های ساخته شده دارای شکاف نواری برابر با eV 2/47~ به دست آمد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) به خوبی ساختار متخلخل لایه­ها را نشان میدهد. اندازه متوسط تخلخل های سطح لایه برابر باnm  162~ و قطر متوسط رگه های BiVO4 برابر با nm 208~ تعیین شد. با استفاده از عملیات احیای الکتروشیمیایی، نقص­ های اکسیژن در لایه­ ها ایجاد شده و تاثیر آن بر خواص الکترو/فوتوالکتروشیمیایی آنها مورد برررسی قرار گرفت. نتایج اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) نشان داد که در اثر عملیات احیا، ظرفیت خازنی مربوط به حالت های سطحی بیش از 6 برابر افزایش یافته که به معنی فرار الکترون ­های سطحی است. مقاومت انتقال بار و ظرفیت لایۀ هلمهولتز به ترتیب تقریباً 2 برابر و 0/4 برابر مقادیر به دست آمده درمقایسه با حالت قبل از احیا به دست آمد، که مبین فرار الکترون­ ها از لایۀ متناظر با حالت­ های سطحی به لایۀ هلمهولتز است. با رسم نمودار منفی فاز بر حسب لگاریتم بسامد اعمالی و با توجه به بسامدی که نمودار بیشینه می ­شود، مشخص شد که طول عمر مؤثر حامل ­های بار بعد از عملیات احیای الکتروشیمیایی به حدود ms 25 رسیده که تقریباً به 2 برابر مقدار آن در حالت قبل از عمل احیا، افزایش می‌یابد

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Synthesis and characterization of porous BiVO4 thin films: the effect of structural defects on photoelectrochemical properties

نویسندگان [English]

  • Abolfazl Rasuli Ardalani 1
  • mohammad zirak 2
  • Maziyar Kazemi 3
  • A Z Moshfegh 4

1 Physics department, Sharif university of technology, Tehran, Iran

2 department of Physics, faculty of science, Hakim Sabzevari University

3 Department of Physics, Faculty of science, Hakim Sabzevari University, P. O. Box 961797648, Sabzevar, Islamic Republic of Iran

4 Faculty member/ Physics Dept. Sharif University of Technology

چکیده [English]

BiVO4 thin films with thickness of ~ 1.3 μm were deposited on ITO substrate via pulsed-spray pyrolysis deposition. X-ray diffraction pattern revealed that BiVO4 layers have been crystallized in tetragonal scheelite phase with average crystallite size of ~ 16 nm. According to UV-visible absorption spectra, a band gap energy of ~2.47 eV was determined for the synthesized layers. Scanning electron microscopy observations indicated that a porous BiVO4 structure with average pore diameter of ~ 162 nm and worm-like fine particle diameter of ~ 208 nm has been synthesized. Oxygen vacancies have been induced into the layers via an electrochemical reduction treatment (ET). This employed process increased the surface-related capacitance by about 6 times. A double charge transport resistance and half capacitance for Helmholtz layer was determined after ET, indicating electron transfer from space charge layer to Helmholtz layer upon ET. Using electrochemical impedance spectroscopy, it was found that effective charge carrier life time inside the BiVO4 thin films increased to ~25 ms which is 2-fold longer than the time before electrochemical reduction treatment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • BiVO4
  • porous thin film
  • spray pyrolysis
  • oxygen vacancy
مراجع
  1. M Tahir, S Tasleem, and B Tahir, J. Hydrog. Energy 45, 32 (2020) 15985.
  2. M Faraji, et al., Energy Environ. Sci. 12, 1 (2019) 59.
  3. A Naseri, et al., J. Phys. Res.20, 2 (2020) 273.
  4. A Arabkhorasani, E Saievar Iranizad, and A Bayat, J. Phys. Res. 21, 2 (2021).
  5. A Fujishima and K Honda, Nature 238, 5358 (1972) 37.
  6. M Samadi, et al., Thin Solid Films 605 (2016) 2.
  7. G W Zheng, et al., Mater. Chem. A 7, 45 (2019) 26077.
  8. M Zirak, et al., Energy Mater Sol. Cells 141 (2015) 260.
  9. A Naseri, et al., Mater. Chem. A 5, 45 (2017) 23406.
  10. M Zirak, H Alehdaghi, and A Moshfegh, J. Phys. Res. 19, 2 (2019) 365.
  11. A Kudo, et al., Lett 53, 3 (1998) 229.
  12. K Sayama, et al., Comm. 23 (2003) 2908.
  13. J H Kim and J S Lee, Mater 31, 20 (2019) 1806938.
  14. F F Abdi, N Firet, and R van de Krol, ChemCatChem 5, 2 (2013) 490.
  15. F F Abdi and R van de Krol, Phys. Chem. C 116, 17 (2012) 9398.
  16. R Kumar, et al., Clean. Prod. 297 (2021) 126617.
  17. M Mousavi Kamazani, Alloys Compd. 823 (2020) 153786.
  18. N Omrani and A Nezamzadeh Ejhieh, J. Hydrog. Energy 45, 38 (2020) 19144.
  19. N Omrani and A Nezamzadeh Ejhieh, Photochem. Photobiol. A: Chem. 400 (2020) 112726.
  20. S Fakhravar, M Farhadian, and S Tangestaninejad, Environ. Chem. Eng. 8, 5 (2020) 104136.
  21. R Razi and S Sheibani, Intl. 47, 21 (2021) 29795.
  22. N Jafari, et al., Toxin Rev. (2021) 1.
  23. A Yousefi, A Nezamzadeh Ejhieh, and M Mirmohammadi, Technol. Innov. 22 (2021) 101433.
  24. A Dehdar, et al., Environ. Manage. 297 (2021) 113338.
  25. M Batool, et al., Nano-Struct. Nano-Objects 27 (2021) 100762.
  26. A Qayum, et al., Mater. Chem. A 8, 21 (2020) 10989.
  27. F F Abdi, et al., Commun. 4, 1 (2013) 1.
  28. K Sayama, et al., Lett. 39, 1 (2010) 17.
  29. K P S Parmar, et al., ChemSus Chem. 5, 10 (2012) 1926.
  30. K Sayama, et al., Phys. Chem. B 110, 23 (2006) 11352.
  31. D K Zhong, S Choi, and D R Gamelin, Am. Chem. Soc. 133, 45 (2011) 18370.
  32. S K Pilli, et al., Energy Environ. Sci. 4, 12 (2011) 5028.
  33. A Galembeck and O Alves, Mater. Sci. 37, 10 (2002) 1923.
  34. M M Momeni and Z Tahmasebi, Chem. Commun. 125 (2021) 108445.
  35. M Kölbach, et al., Phys. Chem. C 124, 8 (2020) 4438.
  36. M Chahkandi and M Zargazi, Hazard. Mater. 389 (2020) 121850.
  37. M Tayebi and B K Lee, Sust. Energ. Rev. 111(2019) 332.
  38. Y Zhang, et al., Surf. Sci. 403 (2017) 389.
  39. F S Hegner, et al., Phys. Chem. Lett. 10, 21 (2019) 6672.
  40. Y Zhang, et al., Acta. 195 (2016) 51.
  41. S M Esfandfard, et al., J. Phys. Res. 19, 1 (2019) 19.
  42. S C Wang, et al., Chem. Int.Ed. 56, 29 (2017) 8500.
  43. G Wang, et al., Mater. Chem. A 4, 8 (2016) 2849.
  44. A Qayum, et al., Mater. Chem.A 8, 21 (2020) 10989.
  45. Y Bu, et al., Mater. Interfaces 4, 10 (2017) 1601235.
  46. S Wang, et al., Chem. 129, 29 (2017) 8620.
  47. W Luo, et al., Phys. Chem. C 116, 8 (2012) 5076.
  48. N O sterbacka and J Wiktor, Phys. Chem. C 125, 2 (2021) 1200.
  49. S Tokunaga, H Kato, and A Kudo, Mater. 13, 12 (2001) 4624.
  50. J Mariathasan, R Hazen, and L Finger, Phase Transit. 6, 3 (1986) 165.
  51. N F Mott and E A Davis, “Electronic processes in non-crystalline materials,” Oxford university press (2012).
  52. J Tauc, R Grigorovici, and A Vancu, Status Solidi B 15, 2 (1966) 627.
  53. J K Cooper, et al., Phys. Chem. C 119, 6 (2015) 2969.
  54. M Rohloff, et al., Energy Fuel. 1, 8 (2017) 1830.
  55. W Luo, et al., Energy Environ. Sci. 4, 10 (2011) 4046.
  56. F F Abdi, et al., Phys. Chem. Lett. 4, 16 (2013) 2752.
  57. D Halliday, R Resnick, and J Walker, “Fundamentals of physics” John Wiley & Sons (2013).
  58. Y Choi, et al., Mater. Chem.A 9 (2021) 13874.
  59. A J Rettie, et al., Am. Chem. Soc. 135, 30 (2013) 11389.
  60. J A Seabold, K Zhu, and N R Neale, Chem. Chem. Phys. 16, 3 (2014) 1121.
  61. H Seo, Y Ping, and G Galli, Mater. 30, 21 (2018) 7793.
  62. Y Zhang, et al., Chem. Chem. Phys. 16, 44 (2014) 24519.
  63. X Zhao, et al., ACS Energy Mater. 1, 7 (2018) 3410.
  64. S Wang, et al., Mater. 30, 20 (2018) 1800486.
  65. J H Kim, et al., Commun. 7, 1 (2016) 1.
  66. T W Kim, et al., Commun. 6, 1 (2015) 1.
  67. J W Jang, et al., Energy Mater. 7, 22 (2017) 1701536.
  68. G Wang, et al., Phys. Chem. C 117, 21 (2013) 10957.
  69. J K Cooper, et al., Mater. 28, 16 (2016) 5761.
  70. A P Singh, et al., J. Hydrog. Energy 40, 12 (2015) 4311.
  71. T W Kim and K S Choi, Science 343, 6174 (2014) 990.
  72. X Ning, et al., Chem. Int. Ed. 58, 47 (2019) 16800.
  73. R Kern, et al., Acta 47, 26 (2002) 4213.
  74. M Zhou, et al., ACS Nano 8, 7 (2014) 7088.
  75. D Tafalla, P Salvador, and R Benito, Electrochem. Soc 137 (1990)1910.
  76. S Bae, et al., ACS Appl. Mater. Interfaces 11, 8 (2019) 7990.
مجلۀ پژوهش فیزیک ایران
دوره 22، شماره 2 - شماره پیاپی 88
شهریور 1401
صفحه 387-402
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی