Управление гидрофильными свойствами поверхности наноматериалов представляет интерес для различных областей применения, включая оптику, фотокатализ и спинтронику. В работе описаны методики дизайна дефектной структуры поверхностных слоев ограненных нано- стержней оксида цинка при жертвенном легировании йодом в рамках гидротермального синтеза. Особенности химического состава поверхности полученных слоев исследованы с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Обнаружено, что на рентгеновских фотоэлектронных спектрах пики, соответствующие энергии связи йода, отсутствуют. На спектре уровня O 1 s для наностержней оксида цинка, легированных йодом, наблюдается дополнительный пик с энергией связи 531,8 эВ, соответствующий кислороду ОН-групп. При термообработке синтезированных слоев йод улетучивается, что приводит к изменению состава поверхности и увеличению содержания кислорода поверхностных гидроксильных групп. Предложена модель, объясняющая полученные экспериментальные результаты. Установлено, что методики рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии эффективны для анализа дефектной структуры поверхности функциональных слоев на основе ограненных наностержней оксида цинка.
Шомахов Замир Валериевич
Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова; Кабардино-Балкарский научный центр Российской академии наук
Бобков Антон Алексеевич
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
1. Pauporté T., Bataille G., Joulaud L., Vermersch F.J. Well-aligned ZnO nanowire arrays prepared by seed-layer-free electrodeposition and their Cassie−Wenzel transition after hydro-phobization // J. Phys. Chem. C. 2010. Vol. 114. Iss. 1. P. 194–202. DOI: https://doi.org/10.1021/jp9087145
2. The multisensor array based on grown-on-chip zinc oxide nanorod network for selective discrimination of alcohol vapors at sub-ppm range / A. Bobkov, A. Varezhnikov, I. Plugin et al. // Sensors. 2019. Vol. 19. Iss. 19. Art. ID: 4265. DOI: https://doi.org/10.3390/s19194265
3. Sensitivity enhancement of ammonia gas sensor based on Ag/ZnO flower and nanoellip-soids at low temperature / R. Sankar Ganesh, M. Navaneethan, V.L. Patil et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. 2018. Vol. 255. P. 672–683. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.08.015
4. Complex-surfactant-assisted hydrothermal synthesis of one-dimensional ZnO nanorods for high-performance ethanol gas sensor / S. Zhao, Y. Shen, X. Yan et al. // Sensors and Actua-tors B: Chemical. 2019. Vol. 286. P. 501–511. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.01.127
5. Micropatternable double-faced ZnO nanoflowers for flexible gas sensor / J.-W. Kim, Y. Porte, K.Y. Ko et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. Vol. 9. Iss. 38. P. 32876–32886. DOI: https://doi.org/10.1021/ acsami.7b09251
6. Investigation of the vapor-sensitive properties of zinc oxide layers by impedance spec-troscopy / S.S. Nalimova, I.E. Kononova, V.A. Moshnikov et al. // Bulgarian Chemical Com-munications. 2017. Vol. 49 (1). P. 121–126.
7. Epitaxial electrodeposition of ZnO nanowire arrays on p-GaN for efficient UV-light-emitting diode fabrication / O. Lupan, T. Pauporté, B. Viana et al. // ACS Appl. Mater. Inter-faces. 2010. Vol. 2. Iss. 7. P. 2083–2090. DOI: https://doi.org/10.1021/am100334c
8. Room-temperature ultraviolet nanowire nanolasers / M.H. Huang, S. Mao, H. Feick et al. // Science. 2001. Vol. 292. Iss. 5523. P. 1897–1899. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1060367
9. Синтез наноструктур на основе оксида цинка для создания гетероструктурных фо-товольтаических элементов / Н.А. Лашкова, А.И. Максимов, А.А. Рябко и др. // Физика и техника полупроводников. 2016. T. 50. № 9. C. 1276–1282.
10. Luo J., Wang Y., Zhang Q. Progress in perovskite solar cells based on ZnO nanostruc-tures // Solar Energy. 2018. Vol. 163. P. 289–306. DOI: https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.01.035
11. Zang Z. Efficiency enhancement of ZnO/Cu2O solar cells with well oriented and micrometer grain sized Cu2O films // Appl. Phys. Lett. 2018. Vol. 112. Iss. 4. Art. ID: 042106. DOI: https://doi.org/ 10.1063/1.5017002
12. Stable 6 %-efficient Sb2Se3 solar cells with a ZnO buffer layer / L. Wang, D.B. Li, K. Li et al. // Nature Energy. 2017. Vol. 2. Art. No. 17046. DOI: https://doi.org/10.1038/nenergy.2017.46
13. Parihar V., Raja M., Paulose R. A brief review of structural, electrical and electrochem-ical properties of zinc oxide nanoparticles // Reviews on Advanced Materials Science. 2018. Vol. 53. No. 2. P. 119–130. DOI: https://doi.org/10.1515/rams-2018-0009
14. Siddiqi K.S., ur Rahman A., Tajuddin, Husen A. Properties of zinc oxide nanoparticles and their activity against microbes // Nanoscale Res. Lett. 2018. Vol. 13. Art. No. 141. DOI: https://doi.org/10.1186/s11671-018-2532-3
15. Wang X., Ahmad M., Sun H. Three-dimensional ZnO hierarchical nanostructures: solu-tion phase synthesis and applications // Materials. 2017. Vol. 10. Iss. 11. Art. ID: 1304. DOI: https://doi.org/10.3390/ ma10111304
16. Synthesis of ZnO hierarchical structures and their gas sensing properties / C. Fan, F. Sun, X. Wang et al. // Nanomaterials. 2019. Vol. 9. Iss. 9. Art. ID: 1277. DOI: https://doi.org/10.3390/nano9091277
17. Усиление флуоресценции наноразмерных пленок ZnO : SiO2 в присутствии сыво-роточного альбумина человека / И.А. Наговицын, Г.К. Чудинова, А.В. Лобанов и др. // Химическая физика. 2018. Т. 37. № 8. С. 29–35. DOI: https://doi.org/10.1134/S0207401X18080149
18. Двухэтапный синтез структурированных микросистем из наностержней оксида цинка с использованием ультразвукового спрей-пиролиза и низкотемпературного гидро-термального метода / А.А. Рябко, А.И. Максимов, В.Н. Вербицкий и др. // Физика и тех-ника полупроводников. 2020. Т. 54. № 11 (111177). С. 1251–1257. DOI: https://doi.org/10.21883/FTP.2020.11.50098.9480
19. Synthesis of ZnO tetrapods for high-performance supercapacitor applications / Q. Luo, P. Xu, Y. Qiu et al. // Materials Letters. 2017. Vol. 198. P. 192–195. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2017.04.032
20. ZnO tetrapods and activated carbon based hybrid composite: Adsorbents for enhanced decontamination of hexavalent chromium from aqueous solution / M. Sharma, M. Joshi, S. Nigam et al. // Chemical Engineering Journal. 2019. Vol. 358. P. 540–551. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.10.031
21. Chen X., Liu L., Yu P.Y., Mao S.S. Increasing solar absorption for photocatalysis with black hydrogenated titanium dioxide nanocrystals // Science. 2011. Vol. 331. Iss. 6018. P. 746–750. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200448
22. Hsieh P.-T., Chen Y.-C., Kao K.-S., Wang C.-M. Luminescence mechanism of ZnO thin film investigated by XPS measurement // Appl. Phys. A. 2008. Vol. 90. Iss. 2. P. 317–321. DOI: https://doi.org/10.1007/ s00339-007-4275-3
23. Study of the effect of the acid-base surface properties of ZnO, Fe2O3 and ZnFe2O4 oxides on their gas sensitivity to ethanol vapor / S.S. Karpova, V.A. Moshnikov, A.I. Maksimov et al. // Semiconductors. 2013. Vol. 47. Iss. 8. P. 1026–1030. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063782613080095
24. An X-ray photoelectron spectroscopy study of zinc stannate layer formation / S.S. Nalimova, Z.V. Shomakhov, V.A. Moshnikov et al. // Technical Physics. 2020. Vol. 65. Iss. 7. P. 1087–1090. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063784220070142
25. Шомахов З.В., Налимова С.С., Калажоков З.Х., Мошников В.А. Анализ измене-ния состава поверхности при образовании наноструктур станната цинка // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2020. № 12. С. 222–231. DOI: https://doi.org/10.26456/pcascnn/ 2020.12.222