بررسی خواص ساختاری، نوری و فوتوالکتریکی فوتوآندهای اکسید روی و دی‌اکسید تیتانیم برای تولید هیدروژن خورشیدی

لایه ‌های نازک نانوساختار بلوری اکسید روی و دی ‌اکسید تیتانیم، با روش پوشش ‌دهی چرخشی تهیه شدند. سپس، ویژگی ‌های ساختاری و نوری آن ها با استفاده از طیف پراش پرتو ایکس، تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف جذب فرابنفش-مرئی و طیف فوتولومینسانس بدست آمد. همچنین، ویژگی ‌های فوتوالکتروشیمیایی آن ها با انجام آزمایشات سه الکترودی و طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی بررسی شد و نهایتاً پایداری الکتروشیمیایی کوتاه مدت و بلند مدت آن ها در محیط ‌های اسیدی، بازی و خنثی مورد مطالعه قرار گرفت.  نتایج نشان می دهد که مواد سنتز شده بلوری و نانوساختار هستند. گستره طیف جذب فرابنفش-مرئی اکسید روی بیشتر و ولتاژ آستانه آزمایش سه الکترودی آن به مقدار نظری تجزیه آب نزدیکتر است؛ مقدار فوتوجریان آن در محیط بازی بیشتر بوده و محیط اسیدی باعث خوردگی و تخریب آن می ‌شود. از طرفی، امپدانس الکتروشیمیایی و میزان بازترکیب الکترون- حفره‌ی دی‌ اکسید تیتانیم کمتر است و بنابراین، فوتوجریان و در نتیجه بازده آن بیشتر می ‌شود؛ فوتوجریان آن در محیط اسیدی بیشتر بوده و خوردگی مشاهده نمی‌ شود. نهایتاً، پایداری شیمیایی دی ‌اکسید تیتانیم بهتر از اکسید روی ارزیابی شد. 

investigation of structural, optical, and photoelectrical properties of zno and tio2 photoanodes for solar hydrogen generation

crystalline nanostructured zinc oxide and titanium dioxide thin layers were prepared using the spin-coating method. their structural and optical properties were characterized using x-ray diffraction spectroscopy, scanning electron microscopy, uv-visible absorption spectroscopy, and photoluminescence spectroscopy. additionally, their photoelectrochemical properties were investigated by conducting three-electrode test and electrochemical impedance spectroscopy. finally, their short-term and long-term electrochemical stability in acidic, alkaline, and neutral environments was studied. the results indicate that the synthesized materials are crystalline and nanostructured. the uv-visible absorption spectrum of zinc oxide exhibits a wider range, and its threshold voltage in the three-electrode test is closer to the theoretical value for water splitting; its photocurrent is higher in alkaline environments, while acidic conditions lead to corrosion and degradation. in contrast, the electrochemical impedance and recombination rate of electrons and holes in titanium dioxide are lower, resulting in a higher photocurrent and, consequently, increased efficiency; its photocurrent is greater in acidic conditions, with no corrosion observed. ultimately, the chemical stability of titanium dioxide was assessed to be better than that of zinc oxide.