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Silicon nanowire-hydrogenated TiO2 core-shell arrays for stable electrochemical micro-capacitors

Authors :
Toufik Hadjersi
Rabah Boukherroub
Yannick Coffinier
Ahmed Addad
Mohammed A. Amin
Sabine Szunerits
Yasmina Bencheikh
Seddik El Hak Abaidia
Umesh Kumar
Pascal Roussel
Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN)
Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)
Unité Matériaux et Transformations - UMR 8207 (UMET)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Lille (ENSCL)
Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)
NanoBioInterfaces - IEMN (NBI - IEMN)
Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)
Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 (UCCS)
Centrale Lille Institut (CLIL)-Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille
Research Center for Semiconductor Technology for Energy (CRTSE)
Université M'Hamed Bougara Boumerdes (UMBB)
The Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), the University of Lille, and the Hauts-de-France region are acknowledged for financial support. The authors also thank the Taif University Researchers Supporting Project number (TURSP-2020/03), Taif University, Taif, Saudi Arabia.
Centrale Lille-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)
Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)
Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Electrochimica Acta, Electrochimica Acta, Elsevier, 2021, 396, pp.139198. ⟨10.1016/j.electacta.2021.139198⟩, Electrochimica Acta, 2021, 396, pp.139198. ⟨10.1016/j.electacta.2021.139198⟩
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

International audience; In this paper, we fabricated silicon nanowire-TiO2 core-shell arrays in a two-step process. First, silicon nanowire arrays (SiNW) were prepared in HF/AgNO3 aqueous solution using metal-assisted chemical etching of bulk silicon. Then, atomic layer deposition (ALD) technique was applied to coat a 20 nm thin shell TiO2 film. The TiO2/SiNW substrates were afterward annealed at 400°C in hydrogen atmosphere for 4 h and tested as electrode materials for electrochemical micro-capacitors. The electrochemical features of the constructed H−TiO2/SiNW electrode were assessed in an aqueous 1 M Na2SO4 electrolyte solution and revealed that the specific capacitance increased six times compared to non-annealed TiO2/SiNW and 20-fold compared to a reference SiNW electrode under the same operating conditions. Importantly, H−TiO2/SiNW also displayed a high stability over 30,000 cycles at 0.1 mA cm−2 with an overall decrease of 19% of the initial capacitance. The hydrogen treatment increased the density of hydroxyl group and enhanced the carrier density on TiO2 surface improving the capacitive properties of H−TiO2/SiNW.

Details

Language :
English
ISSN :
00134686
Database :
OpenAIRE
Journal :
Electrochimica Acta, Electrochimica Acta, Elsevier, 2021, 396, pp.139198. ⟨10.1016/j.electacta.2021.139198⟩, Electrochimica Acta, 2021, 396, pp.139198. ⟨10.1016/j.electacta.2021.139198⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....5a59f94f7d7673f99134aac6e0cb631b
Full Text :
https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.139198⟩