mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2012-3-54-59mateltech-42Research ArticleНаноматериалы и нанотехнологииNANOMATERIALS AND NANOTECHNOLOGYИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ НАНОПОРИСТЫХ И НАНОТРУБЧАТЫХ СЛОЕВ ОКСИДА ТИТАНА МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ИМПЕДАНСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИStudy of Titanium Oxide Nanoporous and Nanotubular Layer Formation Using Electrochemical Impedance SpectroscopyБалагуровЛ. А.BalagurovL. A.

кандидат физ.−мат. наук, ведущий научный сотрудник, ОАО «Гиредмет», 119017, г. Москва,Б. Толмачевский пер., д. 5

lbalagurov@mail.ruАгафоноваМ. А.AgafonovaM. A.

студентка, МИТХТ им. М. В.Ломоносова, 119571, г. Москва, просп. Вернадского, д. 86,

m.a.r.90@mail.ruПетроваЕ. А.PetrovaE. A.

кандидат физ.−мат. наук., старший научный сотрудник, ОАО «Гиредмет», 119017, г. Москва,Б. Толмачевский пер., д. 5

petrovaelena@list.ruЯковенкоА. Г.YakovenkoA. I.

доктор техн. наук, профессор, МИТХТ им. М. В.Ломоносова, 119571, г. Москва, просп.Вернадского, д. 86

fhtt@mitht.ruОАО «Гиредмет»РоссияGiredmetRussian FederationМосковский государственный университет тонких химических технологий им. М. В. ЛомоносоваРоссияMoscow State UniversityRussian Federation201215032015035459Copyright © Балагуров Л.А., Агафонова М.А., Петрова Е.А., Яковенко А.Г., 20152015Балагуров Л.А., Агафонова М.А., Петрова Е.А., Яковенко А.Г.Balagurov L.A., Agafonova M.A., Petrova E.A., Yakovenko A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/42

Электролитическим травлением в смешанном органо−неорганическом электролитеполучены слои нанопористого и нанотрубчатого оксида титана. Процесс формирования слоевисследован in−situ методом электрохимической импедансной спектроскопии. Показано, что заисключением начального периода практически в течение всего процесса импеданс электролитической ячейки определяется импедансом контакта электро лита и оксида титана на дне нанопористого и нанотрубчатого слоев. Обнаружено, что электрическое сопротивление области пространственного заряда вслое оксида титана выше, чем сопротивление переноса заряда на границе раздела электролит/TiOx. Это свидетельствует о том, что скорость роста пористого и нанотрубчатого слоев, полученных травлением в органо− неорганическом электролите, ограничена переносом ионов титана и кислорода через слой оксида, а не диффузией ионов в электролите.

Nanoporous and nanotubular titanium oxide layers were fabricated by electrochemical etching in a mixed organic–inorganic electrolyte. The process of layers formation was investigated in−situ using the electrochemical impedance spectroscopy method. The experimental data show that, except for an initial stage of electrolytic etching, the impedance of a porous titanium oxide layer during almost the entire process is determined by the impedance of a small contact area of electrolyte/titanium oxide at the bottom of the nanoporous and nanotubular layers. The observed higher resistances of space charge region in the titanium oxide layer in comparison with the resistance of charge transfer at the electrolyte/TiOx boundary testify that the growth rate of porous and nanotubular layers is limited by the diffusion of titanium and oxygen ions through the oxide layer, and not by the diffusion of ions in the electrolyte.

оксид титанананопористыйнанотрубчатыйимпедансэлектролиттравлениепроводимостьэлектронная микроскопияtitanium oxidenanoporousnanotubularimpedanceelectrolyteetchingconductivityelectron microscopyReferencesMor, G. K. Use of highly−ordered TiO2 nanotube arrays in dye−sensitized solar cells / G. K. Mor, K. Shankar, M. Paulose, O. K. Varghese, C. A. Grimes // Nano Lett. − 2006. − V. 6, N 2. − P. 215—218.Mor, G. K. Use of highly−ordered TiO2 nanotube arrays in dye−sensitized solar cells / G. K. Mor, K. Shankar, M. Paulose, O. K. Varghese, C. A. Grimes // Nano Lett. − 2006. − V. 6, N 2. − P. 215—218.Chu, S. Z. Highly porous (TiO2—SiO2—TeO2)/Al2O3/TiO2 composite nanostructures on glass with enhanced photocatalysis fabricated by anodization and sol−gel process / S. Z. Chu, S. Inoue, K. Wada, D. Li, H. Haneda, S. Awatsu // J. Phys. Chem. B. − 2003. − V. 107, N 27. − P. 6586—6589.Chu, S. Z. Highly porous (TiO2—SiO2—TeO2)/Al2O3/TiO2 composite nanostructures on glass with enhanced photocatalysis fabricated by anodization and sol−gel process / S. Z. Chu, S. Inoue, K. Wada, D. Li, H. Haneda, S. Awatsu // J. Phys. Chem. B. − 2003. − V. 107, N 27. − P. 6586—6589.Mor, G. K. Enhanced photocleavage of water using titania nanotube arrays / G. K. Mor, K. Shankar, M. Paulose, O. K. Varghese, C. A. Grimes // Nano Lett. − 2005. − V. 5, N 1. − P. 191—195.Mor, G. K. Enhanced photocleavage of water using titania nanotube arrays / G. K. Mor, K. Shankar, M. Paulose, O. K. Varghese, C. A. Grimes // Nano Lett. − 2005. − V. 5, N 1. − P. 191—195.Mura, F. Stable TiO2 nanotube arrays with high UV photoconversion efficiency / F. Mura, A. Masci, M. Pasquali, A. Pozio // Electrochimica Acta. − 2010. − V. 55, N 7. − P. 2246—2251.Mura, F. Stable TiO2 nanotube arrays with high UV photoconversion efficiency / F. Mura, A. Masci, M. Pasquali, A. Pozio // Electrochimica Acta. − 2010. − V. 55, N 7. − P. 2246—2251.Michailowski, A. Highly regular anatase nanotubule arrays fabricated in porous anodic templates / A. Michailowski, D. Mawlawi, G. S. Cheng, M. Moskovits // Chem. Phys. Lett. − 2001. − V. 349, N 1. − P. 1—5.Michailowski, A. Highly regular anatase nanotubule arrays fabricated in porous anodic templates / A. Michailowski, D. Mawlawi, G. S. Cheng, M. Moskovits // Chem. Phys. Lett. − 2001. − V. 349, N 1. − P. 1—5.Kobayashi, S. Preparation of helical transition−metal oxide tubes using organogelators as structure−directing agents / S. Kobayashi, N. Hamasaki, M. Suzuki, M. Kimura, H. Shirai, K. Hanabusa // J. Amer. Chem. Soc. − 2002. − V. 124, N 23. − P. 6550—6551.Kobayashi, S. Preparation of helical transition−metal oxide tubes using organogelators as structure−directing agents / S. Kobayashi, N. Hamasaki, M. Suzuki, M. Kimura, H. Shirai, K. Hanabusa // J. Amer. Chem. Soc. − 2002. − V. 124, N 23. − P. 6550—6551.Tian, Z. R. Large oriented arrays and continuous films of TiO2−based nanotubes / Z. R. Tian, J. A. Voigt, J. Liu, B. McKenzie, H. Xu // Ibid. − 2003. − V. 125, N 41. − P. 12384—12385.Tian, Z. R. Large oriented arrays and continuous films of TiO2−based nanotubes / Z. R. Tian, J. A. Voigt, J. Liu, B. McKenzie, H. Xu // Ibid. − 2003. − V. 125, N 41. − P. 12384—12385.Yao, B. D. Formation mechanism of TiO2 nanotubes / B. D. Yao, Y. F. Chan, X. Y. Zhang, W. F. Zhang, Z. Y. Yang, N. Wang // Appl. Phys. Lett. − 2003. − V. 82, N 2. − P. 281—283.Yao, B. D. Formation mechanism of TiO2 nanotubes / B. D. Yao, Y. F. Chan, X. Y. Zhang, W. F. Zhang, Z. Y. Yang, N. Wang // Appl. Phys. Lett. − 2003. − V. 82, N 2. − P. 281—283.Yoriya, S. Initial studies on the hydrogen gas sensing properties of highly−ordered high aspect ratio TiO2 nanotube−arrays 20 μm to 222 μm in length / S. Yoriya, H. E. Prakasam, O. K. Varghese, K. Shankar, M. Paulose, G. K. Mor, T. J. Latempa, C. A. Grimes // Sens. Lett. − 2006. − V. 4, N 3. − P. 334—339.Yoriya, S. Initial studies on the hydrogen gas sensing properties of highly−ordered high aspect ratio TiO2 nanotube−arrays 20 μm to 222 μm in length / S. Yoriya, H. E. Prakasam, O. K. Varghese, K. Shankar, M. Paulose, G. K. Mor, T. J. Latempa, C. A. Grimes // Sens. Lett. − 2006. − V. 4, N 3. − P. 334—339.Lai, Y. Self−organized TiO2 nanotubes in mixed organic– inorganic electrolytes and their photoelectrochemical performance / Y. Lai, H. Zhuang, L. Sun, Z. Chen, C. Lin // Electrochimica Acta. − 2009. − V. 54, N 26. − P. 6536—6542.Lai, Y. Self−organized TiO2 nanotubes in mixed organic– inorganic electrolytes and their photoelectrochemical performance / Y. Lai, H. Zhuang, L. Sun, Z. Chen, C. Lin // Electrochimica Acta. − 2009. − V. 54, N 26. − P. 6536—6542.Peng, X. TiO2 nanotube arrays fabricated by anodization in different electrolytes for biosensing / X. Peng, B. G. Betzaida, G. Qing, L. Dawei, C. Guozhong // Electrochem. Comm. − 2007. − V. 9, N 9. − P. 2441—2447.Peng, X. TiO2 nanotube arrays fabricated by anodization in different electrolytes for biosensing / X. Peng, B. G. Betzaida, G. Qing, L. Dawei, C. Guozhong // Electrochem. Comm. − 2007. − V. 9, N 9. − P. 2441—2447.Grimes, C. A. Light, water, hydrogen: the solar generation of hydrogen by water photoelectrolysis. / C. A. Grimes, O. K. Varghese, S. Ranjan. − Springer, 2008. − 546 p.Grimes, C. A. Light, water, hydrogen: the solar generation of hydrogen by water photoelectrolysis. / C. A. Grimes, O. K. Varghese, S. Ranjan. − Springer, 2008. − 546 p.Grimes, C. A. TiO2 Nanotube arrays: synthesis, properties and applications. / C. A. Grimes, G. K. Mor. − Springer, 2009. − 358 p.Grimes, C. A. TiO2 Nanotube arrays: synthesis, properties and applications. / C. A. Grimes, G. K. Mor. − Springer, 2009. − 358 p.Lasia, A. Electrochemical impedance spectroscopy and its applications. / A. Lasia // Modern aspects of electrochemistry. − N.−Y. : Kluwer Academic Plenum. Publishers, 1999. − V. 32. − P. 148—248.Lasia, A. Electrochemical impedance spectroscopy and its applications. / A. Lasia // Modern aspects of electrochemistry. − N.−Y. : Kluwer Academic Plenum. Publishers, 1999. − V. 32. − P. 148—248.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.