Physicochemical and Electrocatalytic Performance of Chromium doped Iron Pyrite Thin Films

П. Прабукантхан; М. Срідхар; Г. Харічандран; Т. Татарчук; К. Дінакаран; С. Утаякумар; А. Йоуніс

doi:10.15330/pcss.23.1.134-143

Автор(и)

П. Прабукантхан Урядовий коледж мистецтв Мутурангама
М. Срідхар Урядовий коледж мистецтв Мутурангама
Г. Харічандран Університет Мадрасу
Т. Татарчук Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника
К. Дінакаран Університет Тіруваллувар
С. Утаякумар Королівський університет Лондона Холловей
А. Йоуніс Університет Бахрейну

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.23.1.134-143

Ключові слова:

електрохімічне осадження, напівпровідникові тонкі плівки, пірит, імпедансна спектроскопія, аналіз поверхні, електрокаталітична активність

Анотація

Тонкі плівки піриту заліза (FeS₂), легованого хромом (Cr³⁺), наносили на підкладку ITO за допомогою процесу електрохімічного осадження. Досліджено вплив вмісту хрому на структурну, оптичну, електричну, морфологічну та електрокаталітичну поведінку тонких плівок піриту. Рентгенодифракційні дослідження підтвердили формування кубічної кристалічної структури нанесених тонких плівок. Результати атомно-силової мікроскопії вказують, що легування Cr³⁺ має сильний вплив на кристалічність, шорсткість поверхні та розмір зерен напилених тонких плівок. Крім того, у тонких плівках FeS₂, легованих Cr³⁺, спостерігалося зменшення забороненої зони. Опір між поверхневим зарядом виготовлених тонких плівок досліджено за допомогою електрохімічної імпедансної спектроскопії. Тонкі плівки FeS₂, леговані 3 моль % Cr³⁺, показали чудову провідність із низьким опором передачі заряду 49 Ом. Також досліджено електрокаталітичні властивості отриманих тонких плівок піриту. Виявлено, що тонкі плівки, леговані хромом, демонструють кращі характеристики. Для дослідження характеристик дефектів у виготовлених тонких плівках вибрано антиструктурне моделювання, і встановлено, що заміщення Cr³⁺ може утворювати катіонні (Fe²⁺) вакансії, які можуть відповідати за посилення фотохімічної та електрохімічної активності у тонких плівках FeS₂, легованих Cr.

Посилання

Y. Liang, P. Bai, J. Zhou, T. Wang, B. Luo and S. Zheng, Cryst. Eng. Comm. 18, 6262 (2016); https://doi.org/10.1039/C6CE01203E.

A. Ennaoui, S. Fiechter, C. Pettenkofer, N. Alonsovante, K. Buker, M. Bronold, C. Hopfner and H. Tributsch, Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 29, 289 (1993); https://doi.org/10.1016/0927-0248(93)90095-K.

A. Kirkeminde, P. Gingrich, M. Gong, H. Cui and S. Re, Nanotechnology 25, 205603 (2014); https://doi.org/10.1088/0957-4484/25/20/205603.

P. Prabukanthan, S. Thamaraiselvi and G. Harichandran, J. Mater. Sci. Mater. Electron 29, 11951 (2018); https://doi.org/10.1007/s1085 4-018-9297-4.

A. Pascual, S. Yoda, M. Barawi, J.M. Clamagirand, J.R. Ares, I.J. Ferrer and C. Sanchez, J. Phys. Chem. C 118, 26440 (2014); https://doi.org/10.1021/jp505303d.

S. Shukla, W. Ager Joel, Q. Xiong, and T. Sritharan, Energy Technol. 6, 8 (2018); https://doi.org/10.1002/ente.201700638.

F. Liu, J. Zhu, L. Hu, B. Zhang, J. Yao, M.K. Nazeeruddin, M. Gratzel and S. Dai, J. Mater. Chem. A 3, 6315 (2015) https://doi.org/10.1039/C5TA00028A.

M.R. Gao, Y.F. Xu, J. Jiang and S.H. Yu, Chem. Soc. Rev. 42, 2986 (2013); https://doi.org/10.1039/C2CS35310E.

D. Liang, R. Ma, S. Jiao, G. Pang and S. Feng, Nanoscale 4, 6265 (2012); https://doi.org/10.1039/C2NR31193C.

J. Jiang, L. Zhu, H. Chen, Y. Sun, H. Lin, S. Han, J. Alloys Compds. 775, 1293 (2019); https://doi.org/10.1039/C3RA46248J.

Sadia Khalid, M. Azad Malik, J. Lewis David, P. Kevin, E. Ahmed, Y. Khan, Paul O’Brien, J Mater Chem C. 3, 12068 (2015); https://doi.org/10.1039/C5TC03275J.

P. Prabukanthan, S. Thamaraiselvi and G. Harichandran, J. Electrochem. Soc. 164, 581 (2017); https://doi.org/10.1149/2.09917 09jes.

G. Chatzitheodrou, S. Fiechter, M. Kunst, W. Jaegermann and H. Tributsch, Mater. Res. Bull. 21, 1481 (1986); https://doi.org/10.1016/0025-5408(86)90088-7.

B. Meester, L. Reijnen, A. Goossens and J. Schoonman, Chem. Vap. Deposition 3, 121 (2000); https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-3862(200006)6.

E.J. Kim and B. Batchelor, Mater. Res. Bull. 44, 1553 (2009); https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2009.02.006.

D. Wan, Q. He, L. Zhang, Q. Jia, R. Zhang, H. Zhang, B. Wang and L. Wei, J. Crystal Growth 268, 222 (2004); https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2004.05.014.

D. Lichtenberger, K. Ellmer, R. Schieck, S. Fiechter and H. Tributsch, Thin Solid Films 246, 6 (1994); https://doi.org/10.1016/0040-6090(94)90723-4.

I. Ferrer, F. Cabellero, C. De las Heras and C. Sanchez, Solid State Commun. 89, 349 (1994); https://doi.org/10.1016/0038-1098(94)90598-3.

S. Lehner, N. Newman, M. Van Schilfgaarde, S. Bandyopadhyay, K. Savage and P. Buseck, J. Appl. Phys. 111, 083717 (2012); https://doi.org/10.1063/1.4706558.

J. Jiao, L. Chen, D. Kuang, W. Gao, H. Feng and J. Xia, RSC Adv. 1, 255 (2011); https://doi.org/10.1039/C1RA00066G.

W. Ding, X. Wang, H. Peng, Z. Peng and B. Dong, Mater. Res. Bull. 48, 4704 (2013); https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2013.08.022.

R.J. Soukup, P. Prabukanthan, N.J. Ianno, A. Sarkar, C.A. Kamler, and D.G. Sekora, J. Vac. Sci. Technol. A. 29, 011001 (2011); https://doi.org/10.1116/1.35177 39.

S. Khalid, E. Ahmed, M.A. Malik, David Lewis and S. Abu Bakar, New J. Chem. 39, 1013 (2015); https://doi.org/10.1039/C4NJ01461H.

S.S. Starchikov, I.S. Lyubutin, Chun-Rong Lin, Yaw-Teng Tseng, K.O. Funtov, Yu Ogarkova, T.V. Dmitrieva and A.G. Ivanova, Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 15829 (2015); https://doi.org/10.1039/C5CP01846C.

A. Akbar, Muntaha Niaz, Saira Riaz and S. Naseem, Materials Today: Proc. 2, 5679 (2015); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2015.11.109.

A.E. Kandjania, M.F. Tabriza, O.M. Moradia, H.R. Mehra, S. Ahmadi Kandjanib, and M.R. Vaezia, J. Alloy Com. 509, 785 (2011); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2011.01.133.

N. Barreau, J. C. Bernede, S. Marsillac and A. Mokrani, J. Crystal Growth 235, 439 (2002); https://doi.org/10.1016/S0022-0248(01)02040-1.

P. Prabukanthan, R.J. Soukup, N.J. Ianno, A. Sarkar, C.A. Kamler, E.L. Extrom, J. Olejnicek and S.A. Darveau, Chemical bath deposition (CBD) of iron sulfide thin films for photovoltaic applications, crystallographic and optical properties, Proceedings of the 35th Photovoltaics specialists Conference, Institute of Electrical and electronics Engineers (IEEE) 002965 (2010); https://doi.org/10.1109/PVSC.2010.56144 65.

P. Prabukanthan, M. Sreedhar, S. Thamaraiselvi, G. Harichandran, P. Seenuvasakumaran, Marlia Hanafiah and Carlos Fernandez, J. Mater. Sci: Mater. Electron. 32, 6331 (2021); Photoelectrochemical applications of electrochemical deposition of Ni2+-doped FeS2 thin films, https://doi.org/10.1007/s10854-018-00599-w.

J.H. Kim, H. Kim, D. Kim, S.G. Yoon and W.K. Choo, Solid State Comm. 131, 677 (2004); https://doi.org/10.1016/j.ssc.2004.06.033.

P. Prabukanthan and R. Dhanasekaran, J. Physics D: Appl. Phys. 41, 115102 (2008); https://doi.org/10.1088/0022-3727/41/11/115102.

R. Chand, E. Obuchi, K. Katoh, H. N. Luite and K. Nakano, J. Environ. Sci. 25, 1419 (2013); https://doi.org/10.1016/S1001-0742(12)60211-3.

P. Prabukanthan, S. Thamaraiselvi, G. Harichandran and J. Theerthagiri, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 30, 3268 (2019); https://doi.org/10.1007/s10854-018-00599.

P. Prabukanthan, R. Lakshmi, G. Harichandran and T. Tatarchuk, New J. Chem. 42, 11642 (2018); https://doi.org/10.1039/c8nj01056k.

T. Rajesh Kumar, P. Prabukanthan, G. Harichandran, J. Theerthagiri, A. MeeraMoydeen, G. Durai, P. Kuppusami and Tetiana Tatarchuk, J. Mat. Sci.: Mat. Electro. 29, 5638 (2018); https://doi.org/10.1007/s10854-018-8533-2.

T. RajeshKumar, P. Prabukanthan, G. Harichandran, J. Theerthagiri, Tetiana Tatarchuk, T. Maiyalagan, J. Solid State Electrochem. 22, 1197 (2018); https://doi.org/10.1007/s10008-017-3865-z.

Xiaoliang Liang, Yuanhong Zhong, Hongping He, PengYuan, Jianxi Zhu, Sanyuan Zhu, Zheng Jiang, Chem. Eng. J. 191, 177 (2012); https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.03.001.

Rui Ribeiro, M. T. Adrián, Silva, José Figueiredo, Joaquim Faria and Helder Gomes, Catal. Today. 296, 66 (2017); https://doi.org/10.1016/j.cattod.2017.06.023.