1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2021-26-6-481-490621.315.592-022.592:620.179.152.1Технологические процессы и маршрутыX-ray Photoelectron Spectroscopy of Surface Layers of Faceted Zinc Oxide NanorodsРентгеновская фотоэлектронная спектроскопия поверхностных слоев ограненных наностержней оксида цинкаШомахов Замир ВалериевичШомаховЗамир ВалериевичShomakhovZamir V.Zamir V. ShomakhovНалимова Светлана СергеевнаНалимоваСветлана СергеевнаNalimovaSvetlana S.Svetlana S. NalimovaБобков Антон Алексеевич БобковАнтон Алексеевич AlekseevichBobkov AntonBobkov Anton AlekseevichМошников Вячеслав АлексеевичМошниковВячеслав АлексеевичMoshnikovVyacheslav A.Vyacheslav A. MoshnikovКабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова; Кабардино-Балкарский научный центр Российской академии наукСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)481490http://ivuz-e.ru/issues/6-_2021/rentgenovskaya_fotoelektronnaya_spektroskopiya_poverkhnostnykh_sloev_ogranennykh_nanosterzhney_oksid/

The control of the nanomaterials surface’s hydrophilic properties is of interest for various applications, including optics, photocatalysis, and spintronics. In this work, techniques for designing the defective structure of the surface layers of faceted zinc oxide nanorods during sacrificial doping with iodine by hydrothermal synthesis were considered. The features of the chemical composition of the surface of the obtained layers were studied using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). It was found that peaks corresponding to the binding energy of iodine were not observed in the X-ray photoelectron spectra. An additional peak with a binding energy of 531.8 eV, corresponding to the oxygen of OH groups, was observed in the O 1 s level spectrum for zinc oxide nanorods doped with iodine. During the heat treatment of the synthesized layers, iodine evaporates, which leads to a change in the surface composition and an increase in the oxygen content of the surface hydroxyl groups. A model has been proposed to explain the experimental results. It has been established that XPS techniques are effective for analyzing the defective surface structure of functional layers based on faceted zinc oxide nanorods.

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.

оксид цинкананостержнилегированиерентгеновская фотоэлектронная спектроскопиядефекты 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/jp9087145The 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/s19194265Sensitivity 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.2017.08.015Complex-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.2019.01.127Micropatternable 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.7b09251Investigation 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.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/am100334cRoom-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.1060367Синтез 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.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.2018.01.035Zang 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/ 10.1063/1.5017002Stable 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.2017.46Parihar 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-2018-0009Siddiqi 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/s11671-018-2532-3Wang 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/ ma10111304Synthesis 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/nano9091277Усиление 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/S0207401X18080149Двухэтапный 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.2020.11.50098.9480Synthesis 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.2017.04.032ZnO 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.2018.10.031Chen 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.1200448Hsieh 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/ s00339-007-4275-3Study 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/S1063782613080095An 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/S1063784220070142Шомахов 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