Suplemento Photoanodes modified with reduced graphene oxide to enhance photoelectrocatalytic performance of B-TiO2 under visible light

Abstract

The effect of reduced graphene oxide (rGO) content in boron-modified TiO2 nanocrystalline films on their photocatalytic activity in phenol oxidation is investigated. Visible-light-active TiO2 modified photoanodes were prepared by incorporating graphene sheets into the sol-gel reaction of B-TiO2, followed by depositing the reaction products on 304 stainless steel plates by dip-coating technique. Thin films obtained by in situ sol-gel synthesis were characterized by FESEM, GIXRD and UV–vis diffuse reflectance spectroscopy. FESEM examination showed cracked films due to the tensile stress generated by solvent evaporation. GIXRD results showed that boron in the films inhibits the growth of crystallites. Comparing to unmodified TiO2, B-TiO2/rGO showed a red shift in the band gap. The potentiodynamic anodic polarization measurements showed that graphene incorporation improved the photogenerated electron transport within the film, hence increasing the photocurrent. These enhancements are explained on the basis of the ability of graphene in promoting the charge carrier separation by transferring the photogenerated electrons from the illuminated photoanode to the substrate. The film B-TiO2/rGO obtained from the sol solution containing 0.03 wt/v% boron and 3 wt/v% graphene exhibited the highest photocurrent, which was 30 times larger compared with the photocurrent of TiO2 film.

Se investiga el efecto del contenido de óxido de grafeno reducido (rGO) en películas de TiO2 modificadas con boro sobre su actividad fotocatalítica en la oxidación de fenol. Fotoánodos modificados de TiO2 activos a la luz visible fueron preparados incorporando hojas de grafeno en la reacción sol-gel de B-TiO2, seguido por el depósito de los productos de la reacción sobre láminas de acero inoxidable 304 por la técnica dip-coating. Las películas delgadas obtenidas por síntesis sol-gel in-situ fueron caracterizadas por FESEM, GIXRD y espectroscopia de reflectancia difusa UV-vis. La observación por FESEM mostró películas agrietadas debido al estrés mecánico generado por la evaporación del solvente. Los resultados de GIXRD mostraron que el boro en las películas inhibe el tamaño de los cristalitos. Comparando con el TiO2, el dióxido de titanio modificado presentó un desplazamiento de la banda de energía prohibida hacia el rojo. Las mediciones de polarización anódica potenciodinámica mostraron que la incorporación de grafeno mejora el transporte de electrones fotogenerados dentro de las películas compuestas incrementando así la fotocorriente. Estas mejoras se explican en base a la habilidad del grafeno para facilitar la separación de portadores de carga, transfiriendo los electrones fotogenerados desde la película iluminada de B-TiO2 hasta el sustrato. La película compuesta B-TiO2/rGO obtenida a partir de la solución con 0.03 % p/v de boro y 3 % p/v de grafeno presentó la fotocorriente más alta, la cual fue 30 veces mayor comparada con la fotocorriente de la película de TiO2.