Improving the Photoelectrochemical Response of TiO2 Nanotubes upon Decoration with Quantum-Sized Anatase Nanowires

TiO2 nanotubes (NTs) have been widely used for a number of applications including solar cells, photo(electro)chromic devices, and photocatalysis. Their quasi-one-dimensional morphology has the advantage of a fast electron transport although they have a relatively reduced interfacial area compared with nanoparticulate films. In this study, vertically oriented, smooth TiO2 NT arrays fabricated by anodization are decorated with ultrathin anatase nanowires (NWs). This facile modification, performed by chemical bath deposition, allows to create an advantageous self-organized structure that exhibits remarkable properties. On one hand, the huge increase in the electroactive interfacial area induces an improvement by 1 order of magnitude in the charge accumulation capacity. On the other hand, the modified NT arrays display larger photocurrents for water and oxalic acid oxidation than bare NTs. Their particular morphology enables a fast transfer of photogenerated holes but also efficient mass and electron transport. The importance of a proper band energy alignment for electron transfer from the NWs to the NTs is evidenced by comparing the behavior of these electrodes with that of NTs modified with rutile NWs. The NT-NW self-organized architecture allows for a precise design and control of the interfacial surface area, providing a material with particularly attractive properties for the applications mentioned above.

Análisis de las relaciones morfología-propiedades en nanocompuestos basados en matrices de copolímeros de bloque

El objetivo principal de la presente investigación ha sido desarrollar una nueva clase de materiales nanocompuestos orgánicos-inorgánicos basados en la capacidad de los copolímeros de bloque de auto-organizarse promoviendo la dispersión de nanopartículas, así como relacionar las diferentes morfologías obtenidas con las propiedades finales de los nanocompuestos. Para generar la nanoestructuración de estos nanocompuestos basados en copolímeros de bloque, como el poli(estireno-b-isopreno-b-estireno) (SIS) y el poli(estireno-b-butadieno-b-estireno) (SBS) en nanopartículas de plata, se han utilizado los conceptos de compatibilización y confinamiento. Es decir, las nanopartículas inorgánicas se confinaron en una sola fase del copolímero de bloque mediante tratamientos superficiales y su funcionalización física. En particular, se utilizaron surfactantes (el cloruro de tetrametilamonio, TMAC, y el dodecanotiol, DT) para favorecer la interacción entre las nanopartículas inorgánicas y la matriz polimérica. Teniendo en cuenta los cálculos teóricos de los parámetros de solubilidad obtenidos mediante la teoría de Hoftizer-Van Krevelen, y la electronegatividad propia de los diferentes elementos, los dos surfactantes elegidos tienen una muy buena compatibilidad con el bloque de estireno favoreciendo la localización de las nanopartículas de plata en este bloque.