Photoelectrochemical Characteristics at the Titanium Oxide Electrode with Light Intensity and pH of the Solution

산화 티타늄 전극의 광학농도와 pH에 따른 광전기화학적 특성

Arc melted Ti-5Bi alloy was oxidized by thermal oxidation method. In the present study free energy efficiency(${\eta}_e$) of titanium oxide electrode(TOE) was measured as a function of light intensity and light energy. Flat-band potential of TOE was measured as a function of the light intensity and the solution pH. The ${\eta}_e$ of TOE increased with the increase of light intensity and tight energy to maximum value of 3.2% and 13%, respectively, at $0.2W/cm^2$ and 4.0eV. The ${\eta}_e$ was strongly dependent on the magnitude of the bias voltage. Maximum value was found at 0.5V bias. Photocurrent of TOE was controlled by electron-hole pair generation in depletion layer. The flat-band potential of the illuminated TOE shifted to -0.065V/decade with increasing light intensity. With the decrease of pH of electrolyte, flat-band potential shifted to anodic direction. The experimental slope was in good agreement with the Nernstian value of 0.059V/pH decade.

아크용융방법으로 준비한 Ti-5Bi 합금을 산화시켜 제조한 산화티타늄의 에너지변환효율(${\eta}_e$)을 광학농도, 광에너지에 따라서 측정하였다. 그리고 광학농도 및 전해액의 pH변화에 따른 플랫-밴드전압변화를 측정하였다. 광학농도와 광에너지가 증가하면 에너지변환효율은 증가하였으며 광학농도 $0.2W/cm^2$, 조사되는 빛의 에너지가 4.0eV에서 최대 에너지변환효율은 각각 3.2%, 13%로 나타났다. 에너지변환효율은 인가전압 의존성을 보여주었으며 0.5V의 전압을 인가하였을 경우 최대값을 보여주었다. 한편 전체 광전류의 발생은 산화티타늄 공핍층 내의 전자-정공쌍의 생성반응에 의해 율속되었다. 광학농도가 증가하면 플랫-밴드전압은 -0.065V/decade의 기울기를 나타내었으며 전해액의 pH가 감소하면 플랫-밴드전압은 양의 방향으로 이동하였으며 그 기울기값은 0.059V/pH로 Nernst 식의 기울기값과 일치하였다.