Effect of Hg2+doping and of the annealing temperature on the nanostructural properties of TiO2 thin films obtained by sol–gel method

This work is a study of Hg2+-doped TiO2 thin films deposited on silicon substrates prepared by sol–gel method and treated at temperatures ranging between 600 to 1000 °C for 2 h. The structural and optical properties of thin films have been studied using different techniques. We analyzed the vibrations of the chemical bands by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and the optical properties by UV–Visible spectrophotometry (reflection mode) and photoluminescence (PL). The X-ray diffraction and Raman spectra of TiO2 thin films confirmed the crystallization of the structure under the form of anatase, rutile, mercury titanate (HgTiO3) as a function of the annealing temperature. The observation by scanning electron microscopy (SEM) showed the changing morphology, with respect to nanostructures, nanosheets, nanotubes, with the annealing temperature. The diameters of nanotubes ranged from 50 nm to 400 nm. The photoluminescence and reflectance spectra indicated that these structures should enhance photocatalytic activity.

RésuméCe travail étudie des couches minces de dioxyde de titane dopées au mercure(II), déposées sur des substrats en silicium préparés par un procédé sol–gel et traitées dans un domaine de température compris entre 600 et 1000 °C pendant 2 h. Les propriétés structurales et optiques des couches minces obtenues ont été étudiées en utilisant différentes techniques d’investigation. Nous avons analysé les bandes de vibration des liaisons chimiques par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) et les propriétés optiques par spectrophotométrie UV–Visible (en mode réflexion) et par photoluminescence (PL). La diffraction des rayons X et les spectres Raman des couches minces de TiO2 confirment la cristallisation et la formation des films sous forme de nanoparticules d’anatase, de rutile ainsi de titanate de mercure (HgTiO3), et ceci au fur et à mesure de la croissance de la température de recuit. L’observation par microscopie électronique à balayage (MEB) montre que la morphologie des couches minces change en fonction de la température de recuit : d’abord nanostructures, puis nanofeuillets, et enfin nanotubes. Les diamètres des nanotubes varient de 50 nm à 400 nm, alors que la photoluminescence et les spectres de réflectance indiquent que ces structures peuvent améliorer l’activité photocatalytique des matériaux obtenus.