Controlled Nitrogen Doping and Film Colorimetrics in Porous TiO2 Materials Using Plasma Processing
Source abstract
Abstract
Nitrogen doping of TiO(2) films (N:TiO(2)) has been shown to improve the visible-light sensitivity of TiO(2), thereby increasing the performance of both photovoltaic and photocatalytic devices. Inductively coupled rf plasmas containing a wide range of nitrogen precursors were used to create nitrogen-doped TiO(2) films. These treatments resulted in anatase-phased materials with as high as 34% nitrogen content. As monitored with high-resolution X-ray photoelectron spectroscopy spectra, the nitrogen binding environments within the films were controlled by varying the plasma processing conditions. XPS peak assignments for multiple N 1s binding environments were made based on high resolution Ti 2p and O 1s XPS spectra, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) data, and literature N 1s XPS peak assignments. The N:TiO(2) films produced via plasma treatments displayed colors ranging from gray to brown to blue to black, paralleling the N/Ti ratios of the films. Three possible mechanisms to explain the color changes in these materials are presented.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: TiO2 Photocatalysis and Solar Cells · Advanced Photocatalysis Techniques · Copper-based nanomaterials and applications
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Department of Chemistry, Colorado State University, Fort Collins, Colorado 80523-1872, and National Center for Photovoltaics, National Renewable Energy Laboratory, Golden, Colorado 80401
References (78)
Show source-provided references
1. Emeline A. V.
2. Cui Y. · J. Mater. Sci. Technol. · 2008 · 24 · 67510.1179/174328408X270301 ↗
3. Sato S. · Chem. Phys. Lett. · 1986 · 123 · 12610.1016/0009-2614(86)87026-9 ↗
4. Asahi R. · Science · 2001 · 293 · 26910.1126/science.1061051 ↗
5. Ma T. L. · Nano Lett. · 2005 · 5 · 254310.1021/nl051885l ↗
6. Chambers S. A. · Chem. Phys. · 2007 · 339 · 2710.1016/j.chemphys.2007.04.024 ↗
7. Cheung S. H. · Surf. Sci. · 2007 · 601 · 175410.1016/j.susc.2007.01.051 ↗
8. Fujishima A. · Surf. Sci. Rep. · 2008 · 63 · 51510.1016/j.surfrep.2008.10.001 ↗
9. Romero-Gomez P. · J. Phys. Chem. C · 2009 · 113 · 1334110.1021/jp9024816 ↗
10. Dunnill C. W. H. · J. Photochem. Photobiol., A · 2009 · 207 · 24410.1016/j.jphotochem.2009.07.024 ↗
11. Serpone N. · J. Phys. Chem. B · 2006 · 110 · 2428710.1021/jp065659r ↗
12. Kuznetsov V. N. · J. Phys. Chem. C · 2009 · 113 · 1511010.1021/jp901034t ↗
13. Finazzi E. · J. Phys. Chem. C · 2007 · 111 · 927510.1021/jp071186s ↗
14. Dong F. · J. Hazard. Mater. · 2009 · 162 · 76310.1016/j.jhazmat.2008.05.099 ↗
15. Wang Y. Q. · J. Hazard. Mater. · 2007 · 144 · 32810.1016/j.jhazmat.2006.10.033 ↗
16. Xue J. B. · J. Wuhan Univ. Technol. · 2008 · 23 · 79910.1007/s11595-007-6799-y ↗
17. Chen Q. L. · Physica B · 2009 · 404 · 107410.1016/j.physb.2008.11.032 ↗
18. Braun A. · J. Phys. Chem. C · 2010 · 114 · 51610.1021/jp908875t ↗
19. Asahi R. · Science · 2001 · 293 · 26910.1126/science.1061051 ↗
20. Giannakopoulou T. · Thin Solid Films · 2009 · 517 · 669410.1016/j.tsf.2009.05.015 ↗
21. Tessier F. · J. Mater. Sci. · 2009 · 44 · 611010.1007/s10853-009-3845-5 ↗
22. Shankar K. · J. Phys. Chem. C · 2009 · 113 · 632710.1021/jp809385x ↗
23. Oropeza F. E. · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2010 · 12 · 96010.1039/B914733K ↗
24. Rhodes C. · J. Appl. Phys. · 2006 · 100
25. Maier S. A. · 200710.1007/0-387-37825-1 ↗
26. Butoi C. I. · J. Phys. Chem. B · 2001 · 105 · 595710.1021/jp010202x ↗
27. Kull K. R. · J. Membr. Sci. · 2005 · 246 · 20310.1016/j.memsci.2004.08.019 ↗
28. Steen M. L. · J. Appl. Phys. · 2002 · 92 · 5510.1063/1.1486038 ↗
29. Pulsipher D. J. V. · Surf. Coat. Technol. · 2009 · 203 · 223610.1016/j.surfcoat.2009.02.014 ↗
30. Mackie N. M. · Chem. Mater. · 1997 · 9 · 34910.1021/cm960388q ↗
31. Malkov G. S. · Plasma Process. Polym. · 2008 · 5 · 12910.1002/ppap.200700118 ↗
32. Shearer J. C. · Appl. Surf. Sci. · 2010 · 256 · 208110.1016/j.apsusc.2009.09.052 ↗
33. Michalow K. A. · Catal. Today · 2009 · 144 · 710.1016/j.cattod.2008.12.015 ↗
34. Beranek R. · Photochem. Photobiol. Sci. · 2008 · 7 · 4010.1039/b711658f ↗
35. Murphy A. B. · Appl. Opt. · 2007 · 46 · 313310.1364/AO.46.003133 ↗
36. Zhang Z. · J. Eur. Ceram. Soc. · 2009 · 29 · 234310.1016/j.jeurceramsoc.2009.02.008 ↗
37. Trenczek-Zajac A. · Mater. Res. Bull. · 2009 · 44 · 154710.1016/j.materresbull.2009.02.007 ↗
38. Hyett G. · J. Am. Chem. Soc. · 2007 · 129 · 1554110.1021/ja073355s ↗
39. Liao L. F. · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2002 · 4 · 458410.1039/b204455m ↗
40. Tang H. · Solid State Commun. · 1993 · 87 · 84710.1016/0038-1098(93)90427-O ↗
41. Sheng Y. G. · Opt. Mater. · 2008 · 30 · 131010.1016/j.optmat.2007.06.010 ↗
42. Mahalingam S. · Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. · 2007 · 89 · 98710.1007/s00339-007-4232-1 ↗
43. Drygas M. · Chem. Mater. · 2006 · 18 · 312210.1021/cm060522z ↗
44. Jagadale T. C. · J. Phys. Chem. C · 2008 · 112 · 1459510.1021/jp803567f ↗
45. Qin H. L. · C. R. Chim. · 2008 · 11 · 9510.1016/j.crci.2007.06.004 ↗
46. Kitano M. · J. Phys. Chem. B · 2006 · 110 · 2526610.1021/jp064893e ↗
47. Parida K. M. · J. Colloid Interface Sci. · 2009 · 333 · 26910.1016/j.jcis.2009.02.017 ↗
48. Miyauchi M. · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2004 · 6 · 86510.1039/b314692h ↗
49. Irie H. · J. Phys. Chem. B · 2003 · 107 · 548310.1021/jp030133h ↗
50. Song X. M. · Thin Solid Films · 2008 · 516 · 633010.1016/j.tsf.2007.12.148 ↗
51. Saha N. C. · J. Appl. Phys. · 1992 · 72 · 307210.1063/1.351465 ↗
52. Glaser A. · Surf. Sci. · 2007 · 601 · 115310.1016/j.susc.2006.12.010 ↗
53. Jung M. J. · Surf. Coat. Technol. · 2003 · 171 · 7110.1016/S0257-8972(03)00239-1 ↗
54. Chen C. · J. Phys. Chem. C · 2007 · 111 · 1522810.1021/jp0716233 ↗
55. Zorn G. · Chem. Mater. · 2008 · 20 · 536810.1021/cm703710q ↗
56. Burrow B. J. · J. Vac. Sci. Technol., A · 1986 · 4 · 246310.1116/1.574092 ↗
57. Kuznetsov M. V. · Thin Solid Films · 1992 · 215 · 110.1016/0040-6090(92)90692-5 ↗
58. Kim Y. · J. Power Sources · 2008 · 175 · 91410.1016/j.jpowsour.2007.09.112 ↗
59. Takahashi I. · Chem. Phys. Lett. · 2008 · 454 · 31410.1016/j.cplett.2008.02.031 ↗
60. Chae Y. K. · Thin Solid Films · 2009 · 517 · 426010.1016/j.tsf.2009.02.040 ↗
61. Liu H. · Chemosphere · 2003 · 50 · 3910.1016/S0045-6535(02)00486-1 ↗
62. Miyaoka H. · Solid State Commun. · 2002 · 123 · 39910.1016/S0038-1098(02)00349-6 ↗
63. Bullock E. L. · Surf. Sci. · 1996 · 352 · 50410.1016/0039-6028(95)01188-9 ↗
64. Cao Y. · Appl. Surf. Sci. · 2004 · 236 · 22310.1016/j.apsusc.2004.04.020 ↗
65. Napoli F. · Chem. Phys. Lett. · 2009 · 477 · 13510.1016/j.cplett.2009.06.050 ↗
66. Peng F. · J. Phys. Chem. Solids · 2008 · 69 · 165710.1016/j.jpcs.2007.12.003 ↗
67. Diwald O. · J. Phys. Chem. B · 2004 · 108 · 600410.1021/jp031267y ↗
68. Livraghi S. · J. Phys. Chem. C · 2008 · 112 · 1724410.1021/jp803806s ↗
69. Chen D. M. · Ind. Eng. Chem. Res. · 2007 · 46 · 274110.1021/ie061491k ↗
70. Chen C. C. · J. Nanopart. Res. · 2007 · 9 · 36510.1007/s11051-006-9141-2 ↗
71. Shinn N. D. · J. Vac. Sci. Technol., A · 1991 · 9 · 155810.1116/1.577661 ↗
72. Milosev I. · Surf. Interface Anal. · 1995 · 23 · 52910.1002/sia.740230713 ↗
73. Nassau K. · 2001
74. Li M. · J. Phys. Chem. B · 2000 · 104 · 494410.1021/jp9943272 ↗
75. Bendavid A. · Surf. Interface Anal. · 1996 · 24 · 62710.1002/(SICI)1096-9918(19960916)24:9<627::AID-SIA149>3.0.CO;2-R ↗
76. Zhou Q. G. · J. Alloys Compd. · 2005 · 391 · 14110.1016/j.jallcom.2004.07.076 ↗
77. Logothetidis S. · J. Appl. Phys. · 1995 · 77 · 104310.1063/1.358963 ↗
78. Roquiny P. · Surf. Coat. Technol. · 1999 · 116 · 27810.1016/S0257-8972(99)00076-6 ↗