Harnessing titanium dioxide surface toward novel functional materials

Abstract

The ever-increasing worldwide energy consumption has led the society to quest for novel and functional materials that can be used in the development of solar fuels to some extent lessen the dependence on fossil fuels. In this context, the role of titanium dioxide has been investigated to generate versatile materials able to harness the light emitted by the Sun. Thus, the main research avenues of such semiconductor oxide are focus on dye-sensitized solar cells (DSSCs) and photoelectrochemical cells for the oxidation of water molecule. Indeed, the modification of the semiconductor oxide surface by band-gap engineering greatly enhances its optical properties and catalytic activity. In this review, we address some fundamental issues regarding structural, optical and electronic properties that render TiO2 a versatile substrate in surface chemistry, and as entry for anchoring and functionalization strategies for the development of solar cell devices and catalytically active surfaces.

El alto consumo de energía a nivel mundial ha llevado a la búsqueda de nuevos materiales que puedan utilizarse en el desarrollo de los combustibles solares, y así disminuir la dependencia hacia los derivados del petróleo. Debido a esto, por mucho tiempo se ha investigado el papel del dióxido de titanio para generar nuevos materiales capaces de aprovechar la luz emitida por el Sol. Dos ejes centrales en la investigación del TiO2 son el uso en celdas solares sensibilizadas con tintes (DSSC) y celdas fotoelectroquímicas para la oxidación de la molécula de agua, en donde uno de los principios básicos es la modificación de las propiedades ópticas del TiO2 para mejorar su actividad. Por tanto, en este artículo de revisión de la literatura se discutirán las características estructurales, ópticas y electrónicas del TiO2, así como la modificación en superficie para el desarrollo de dispositivos en celdas solares y superficies catalíticamente activas.