Optical and photocatalytic properties of TiO2 films modified with oxides and gold

Films consisting of TiO2/ZrO2/SiO2 undoped and doped with Au nanoparticles were synthesized by the sol-gel method. The films were characterized with X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), spectroscopic ellipsometry (SE) and optical absorption (OA) methods. The XRD study demonstrates the formation of TiO2 anatase nanocrystals and Au nanoparticles. SE and OA measurements of the undoped films showed no significant absorption in the spectral range of 400–1000 nm. Doping with Au nanoparticles resulted in the appearance of a surface plasmon resonance (SPR) absorption band at 600 nm as well as weaker absorption bands in the 300–500 nm region. The observed changes in optical properties agreed with the enhanced photocatalytic activity of Au-doped TiO2/ZrO2/SiO2 films with gold compared to undoped films. The photocatalytic activity was evaluated by the photodegradation of the organic dye Rhodamine B. Under optimized conditions, the photodecomposition rate of the doped films was several times larger than that of the undoped films. Films of TiO2, TiO2/ZrO2/SiO2 and ternary oxides were investigated. Ternare Oxidfilme aus TiO2/ZrO2/SiO2, dotiert und undotiert mit Gold-Nanopartikeln, wurden durch Sol-Gel-Verfahren synthetisiert. Die erhaltenen Filme wurden mit Rontgenbeugung (XRD), spektroskopischer Ellipsometrie (SE) und der optischen Absorption (OA) umfassend untersucht. Die XRD-Studien zeigten die Bildung von Nanokristallen in der TiO2-Anatasphase und die Bildung von Gold-Nanopartikeln. SE und OA Messungen von den undotierten Schichten zeigen keine signifikante Absorption in einem Spektralbereich von 400–1000 nm. Die Dotierung mit Au-Nanopartikeln fuhrt zum Auftreten der Oberflachenplasmonenresonanz-(SPR)-Absorptionsbande bei 600 nm, sowie schwacherer Absorptionsbanden im Bereich von 300–500 nm. Das Ausmas der Absorption steigt mit zunehmendem Goldgehalt. Die beobachteten Veranderungen in den optischen Eigenschaften korrelierten mit der photokatalytischen Aktivitat von gold-dotierten TiO2/ZrO2/SiO2 Filmen im Vergleich mit undotierten Filmen. Die photokatalytische Aktivitat wurde durch den photochemischen Abbau des organischen Farbstoffes (Rhodamin B) untersucht. Bei optimierten Bedingungen war die Geschwindigkeitskonstante der Photozersetzung an einem dotierten Film um ein Mehrfaches groser als bei der undotierten Schicht. Weiterhin wurden Gold-modifizierte Filme von TiO2, TiO2/ZrO2/SiO2 und ternaren Oxiden untersucht.