Влияние плазмонного эффекта на сенсибилизацию диоксида титана молекулами красителей

Г.С. Омарова; Т.М. Сериков; Е.В. Селиверстова; А.А. Аужанова; Н.Х. Ибраев

doi:10.31489/2024No1/49-56

Влияние плазмонного эффекта на сенсибилизацию диоксида титана молекулами красителей

Авторы

DOI:

https://doi.org/10.31489/2024No1/49-56

Ключевые слова:

полупроводник, краситель, наноструктура ядро-оболочка, плазмонный эффект, перенос заряда, сенсибилизация

Аннотация

Изучено влияние плазмонногоэффекта металлических наночастиц на перенос электрона от красителей эозин и родамин Б к TiO₂. Спектрально-кинетические измерения показали, что по сравнению с SiO₂ на поверхности TiO₂ уменьшается не только интенсивность, но и длительность флуоресценции обоих красителей, что свидетельствует о передаче заряда от красителя к полупроводнику. В присутствии плазмонных наноструктур ядро@оболочка (Ag@TiO₂) наблюдается интенсификация быстрой флуоресценции, а также сокращение длительности свечения красителей. Оптимальной концентрацией, для которой был зарегистрирован максимальный плазмонный эффект является 3 мас% Ag@TiO₂. Плазмонный эффект также приводит к увеличению эффективности сенсибилизации полупроводника молекулами исследуемых красителей, что выражается в росте фотовольтаических и зарядо-транспортных характеристик исследуемых полупроводниковых пленок. Полученные результаты могут быть использованы при разработке устройств для фотовольтаики, фотокаталитических и оптоэлектронных элементов.

Библиографические ссылки

Pourasl H.H., Barenji R.V., Khojastehnezhad V.M. Solar energy status in the world: A comprehensive review. Energy Reports, 2023, Vol. 10, pp. 3474 – 3493. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.10.022

Chiarello G.L., Dozzi M.V., Selli E. TiO2–based materials for photocatalytic hydrogen production. Journal of Energy Chemistry. 2017, Vol. 26(2), pp. 250–258. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2017.02.005

Ibrayev N., Seliverstova E., Aimukhanov A., Serikov T. Role of energy transfer in conversion of light to electric energy. Molecular Crystals and Liquid Crystals. 2014, Vol. 589, pp. 202 – 208. https://doi.org/10.1080/15421406.2013.872827

Sun X.Y., Wang C.Y., Su D.W., Wang G., Yunhao Z. Application of photocatalytic materials in sensors. Advanced Materials Technologies, 2020, Vol. 5, рр.1900993. https://doi.org/10.1002/admt.201900993

Tong H, Ouyang S.X., Bi Y.P., Umezawa N., Oshikiri M., Ye J. Nano-photocatalytic materials: possibilities and challenges. Advanced Materials. 2012, Vol. 24, рр. 229 – 251. https://doi.org/10.1002/adma.201102752

Clifford J.N., Martínez–Ferrero E., Viterisi A., Palomares E. Sensitizer molecular structure–device efficiency relationship in dye sensitized solar cells. Chemical Society Reviews. 2011, Vol. 40(3), рр. 1635 – 1646. https://doi.org/10.1039/B920664G

Ardo S., Meyer G.J. Photo-driven heterogeneous charge transfer with transition–metal compounds anchored to TiO2 semiconductor surfaces. Chemical Society Reviews. 2009, Vol. 38(1), рр. 115-164. https://doi.org/10.1039/B804321N

Haque S.A., Palomares E., Cho B.M., Green A. N. M., Hirata N., Klug D. R., Durrant, J. R. Charge separation versus recombination in dye–sensitized nanocrystalline solar cells: the minimization of kinetic redundancy. Journal of the American Chemical Society. 2005, Vol. 127(10), рр. 3456 – 3462. https://doi.org/10.1021/ja0460357

Anderson N.A., Lian T.Q. Ultrafast electron transfer at the molecule–semiconductor nanoparticle interface. Annual Review of Physical Chemistry. 2005, Vol. 56(1), рр. 491–519. https://doi.org/10.1146/annurev.physchem.55.091602.094347

Regan B.O., Grätzel M. A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye sensitized colloidal TiO2 films. Nature. 1991, Vol. 353(6346), рр. 737 – 740. https://doi.org/10.1038/353737a0

Hagfeldt A., Boschloo G., Sun L., Kloo L., Pettersson H. Dye-sensitized solar cells. Chemical Reviews, 2010, Vol. 110(11), рр.6595 – 6663. https://doi.org/10.1021/cr900356p

Listorti A., O’Regan B., Durrant J. R. Electron transfer dynamics in dye sensitized solar cells. Chemistry of Materials. 2011, Vol. 23, рp. 3381. https://doi.org/10.1021/cm200651e

Wang J., Liu K., Ma L., Zhan X. Triarylamine: Versatile platform for organic, dye-sensitized, and perovskite solar cells. Chemical Reviews. 2016, Vol. 116(23), рр. 14675 – 14725. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00432

Zhou N., López-Puente V., Wang Q., Polavarapu L., Pastoriza-Santos I., Xu Q.-H. Plasmon-enhanced light harvesting: applications in enhanced photocatalysis, photodynamic therapy and photovoltaics. RSC Advances. 2015, Vol. 5, pp. 29076-29097. https://doi.org/10.1039/C5RA01819F

Adnan A., Fedwa E., Anirban M., Brahim A. Research progress of plasmonic nanostructure-enhanced photovoltaic solar cells. Nanomaterials. 2022, Vol. 12(5), рр. 788. https://doi.org/10.3390/nano12050788

Ibrayev N., Omarova G., Seliverstova E., Ishchenko A., Nuraje N. Plasmonic effect of Ag nanoparticles on polymethine dyes sensitized titanium dioxide. Engineered Science. 2021, Vol. 14, рр. 69 – 77. https://doi.org/10.30919/es8d1168

Jiang N., Zhuo X., Wang J. Active plasmonics: principles, structures and applications. Chemical Reviews, 2018, Vol. 118(6), рр. 3054 – 3099. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.7b00252

Biswas C, Ahmed S., Santosh S., Kumar R.S.S. Ultrafast electron injection kinetics and effect of plasmonic silver nanoparticle at organic dye-TiO2 interface. Asian Journal of Physics. 2021, Vol. 30(6), рр. 933 – 945. https://doi.org/10.54955/AJP.30.6.2021.933-945

Geddes C.D., Lakowicz J.R. Metal–enhanced fluorescence. Journal of Fluorescence, 2002, Vol. 12, рр. 121 – 129. https://doi.org/10.1023/A:1016875709579

Maier S.A. Plasmonics fundamentals and applications. NY, Springer, 2007, 209p. https://doi.org/10.1007/0-387-37825-1

Zhang B., Zhao Y., Liang W. Collaborative effect of plasmon-induced resonance energy and electron transfer on the interfacial electron injection dynamics of dye-sensitized solar cell. The Journal of Chemical Physics.2019, Vol.151(4), рр. 044702. https://doi.org/10.1063/1.5111601

Yang M., Moroz P., Jin Z., Budkina D. S., Sundrani N., Porotnikov D., Zamkov M. Delayed photoluminescence in metal-conjugated fluorophores. Journal of the American Chemical Society, 2019, Vol. 141(28), рр. 11286 – 11297. https://doi.org/10.1021/jacs.9b04697

Afanasyev D.A., Ibrayev N.Kh., Serikov T.M., Zeinidenov A.K. Effect of the titanium dioxide shell on the plasmon properties of silver nanoparticles. Russian Journal of Physical Chemistry A. 2016, Vol. 90(4), рр. 833 – 837. https://doi.org/10.1134/S0036024416040026

Becker W. The BH TCSPC e-Handbook, 2023. https://www.becker-hickl.com/literature/documents/flim/the-bh-tcspc-handbook

Ibrayev N.Kh., Seliverstova E. V., Valiev R. R., Kanapina A. E., Ishchenko A. A., Kulinich A. V., Kurten T., Sundholm D. Influence of plasmons on the luminescence properties of solvatochromicmerocyanine dyes with different solvatochromism. Physical Chemistry Chemical Physics. 2023, Vol. 25, рр. 22851 – 22861. https://doi.org/10.1039/D3CP03029F

Kanapina A.E., Seliverstova E.V., Ibrayev N.K., Derevyanko N.A., Ishchenko A.A. Features of the decay of excited states of ionic dyes in the near field of metal nanoparticles. Eurasian Physical Technical Journal. 2023, Vol. 20, No. 2(44), рр. 106 – 111. https://doi.org/10.31489/2023NO2/106-111

Ibrayev N.Kh., Seliverstova E.V., Omarova G.S., Derevyanko N.A., Khamza T., Photovoltaic properties of functionalized indodicarbocyanine dye. Eurasian Physical Technical Journal, 2022, Vol. 19(3), рр. 55–59. https://doi.org/10.31489/2022No3/55-59

Ito S., Murakami T.N., Comte P., Liska P., Grätzel C., Nazeeruddin M.K., Grätzel M. Fabrication of thin film dye sensitized solar cells with solar to electric power conversion efficiency over 10%. Thin Solid Films, 2008, Vol.516(14), рр. 4613 – 4619. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2007.05.090

Yang C.C., Zhang H., Zheng Y. DSSC with a novel Pt counter electrodes using pulsed electroplating techniques. Current Applied Physic. 2011, Vol. 11, pp. S147-S153. https://doi.org/10.1016/j.cap.2010.11.012

Bisquert J., Garcia-Belmonte G., Fabregat-Santiago F., Bueno P.R. Theoretical models for ac impedance of finite diffusion layers exhibiting low frequency dispersion. Journal of Electroanalytical Chemistry. 1999, Vol. 475, рр.152 – 63. https://doi.org/10.1016/S0022-0728(99)00346-0

Zhang F., Shi F., Ma W., Gao F., Jiao Ya. Controlling adsorption structure of Eosin Y dye on nanocrystalline TiO2 films for improved photovoltaic performances. The Journal of Physical Chemistry C, 2013, Vol. 117. рр. 14659 – 14666. https://doi.org/10.1021/jp404439p

Kim H., Do–Hyun L., Son Y. Electrochemical study on Rhodamine 6G–indole, based dye for HOMO and LUMO energy levels. Textile Coloration and Finishing. 2013, Vol.25(1), рр. 83 – 88. https://doi.org/10.5764/TCF.2013.25.1.7

Seliverstova E., Ibrayev N., Omarova G., Ishchenko A., Kucherenko M. Competitive influence of the plasmon effect and energy transfer between chromophores and Ag nanoparticles on the fluorescent properties of indopolycarbocyanine dyes. Journal of Luminescence. 2021, Vol. 235, р. 118000. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2021.118000

Загрузки

PDF (English)

Опубликована онлайн

2024-03-29

Как цитировать

Омарова, Г., Сериков, Т., Селиверстова, Е., Аужанова, А., & Ибраев, Н. (2024). Влияние плазмонного эффекта на сенсибилизацию диоксида титана молекулами красителей. Eurasian Physical Technical Journal, 21(1(47), 49–56. https://doi.org/10.31489/2024No1/49-56

Скачать ссылку

Выпуск

Том 21 № 1(47) (2024)

Раздел

Материаловедение

Лицензия

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

Н.Х. Ибраев, Е.В. Селиверстова, Г.С. Омарова, А.А. Ищенко, Н.А. Деревянко, Т. Хамза, Фотовольтаические свойства функционализированного индодикарбоцианинового красителя , Eurasian Physical Technical Journal: Том 19 № 3(41) (2022)
А.Е. Канапина, Е.В. Селиверстова, Н.Х. Ибраев, Н.А. Деревянко, А.А. Ищенко, Особенности распада возбужденных состояний ионных красителей в ближнем поле металлических наночастиц , Eurasian Physical Technical Journal: Том 20 № 2(44) (2023)
А.О. Сәулебеков, Ж.Т. Қамбарова, Г.С. Омарова, Малогабаритный высокочувствительный электронный спектрометр для анализа состава корпускулярных потоков , Eurasian Physical Technical Journal: Том 20 № 2(44) (2023)
Н.Х. Ибраев, Р.Х. Джанабекова, Г.С. Аманжолова, СПЕКТРАЛЬНЫЕ И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК, ФУНКЦИОНАЛИЗИРОВАННЫХ N- И S-СОДЕРЖАЩИМИ ГРУППАМИ , Eurasian Physical Technical Journal: Том 18 № 2(36) (2021)
А.Ж. Жумабеков, Е.В. Селиверстова, Н.Х Ибраев, Исследование фотокаталитической активности нанокомпозита TiO2-GO. , Eurasian Physical Technical Journal: Том 16 № 1(31) (2019)
Т.М. Сериков, А.С. Балтабеков, Д.Д. Айдарова, П.А. Жанбирбаева, А.Б. Куанышбекова, Влияние напряжения анодирования на фотокаталитическую активность пленок, формированных нанотрубками диоксида титана. , Eurasian Physical Technical Journal: Том 19 № 4(42) (2022)
А.С. Каюмова, Т.М. Сериков, Г.С. Омарова, М.С. Джакупова, Влияние концентрации наночастиц серебра на фотокаталитическую активность наностержней диоксида титана , Eurasian Physical Technical Journal: Том 20 № 4(46) (2023)
П.А. Жанбирбаева, А.С. Балтабеков, А.С. Каюмова, А.Б. Куанышбекова, Т.Н. Адамбай, Т.М. Сериков, Влияние продолжительности отжига на фотокаталитические свойства перовскита LaFeO3 , Eurasian Physical Technical Journal: Том 21 № 3(49) (2024)
Н.Х. Ибраев, Е.В. Селиверстова, А.Е. Канапина, Переходное поглощение наночастиц золота различного диаметра. , Eurasian Physical Technical Journal: Том 19 № 4(42) (2022)
Т.М. Сериков, Н.Х. Ибраев, А.К. Зейниденов, Фотокаталитические свойства наноструктур TiO2/Ag. , Eurasian Physical Technical Journal: Том 15 № 1(29) (2018)

1 2 > >>

Влияние плазмонного эффекта на сенсибилизацию диоксида титана молекулами красителей