Here we propose a fast and scalable (up to 3 min for 6 × 1 cm size substrate) innovative approach to fabricate coral-shaped TiO2 nanostructured substrates based on thermal oxidation of titanium foil followed by deposition of Ag nanoparticles for bifunctional sensing and photocatalysis. Comprehensive studies on the morphology, crystal structure, stoichiometry, optical, and electronic properties of these nanostructures reveal the formation of a Schottky barrier at the Ag/TiO2 interface. This interface alters the electronic structure of the Ag/TiO2 nanosystem, retaining the plasmonic properties of Ag nanoparticles while enhancing their catalytic activity. The SERS performance and photocatalytic activity of Ag/TiO2 nanostructures are demonstrated by the test analyte Rhodamine 6G detection down to concentrations of 10-12 M and acceleration of its degradation under simulated sunlight by 5.8 times. Tests with tetracycline water solutions indicate a nanomolar detection limit and 4.4-fold increase in degradation rate. The proposed Ag/TiO2 nanostructures are prospective for creation of low-cost bifunctional platforms for the sensitive detection of organic residues in water as well as their fast neutralization under solar light.

The development of systems capable of efficiently eliminating organic dyes from wastewater is crucial for the environment. In this context, TiO2-based photocatalytic systems are of particular interest. However, the development of eco-friendly and single-step methods for the fabrication of such systems remains a challenge to their practical use. Here, we demonstrate a fabrication approach for a catalytic system composed of TiO2 nanocoating created on the surface of a bulk titanium plate by exposure to a nanosecond laser. The exposure conditions affect the relief and phase composition of the nanocoating, as revealed by a combination of scanning electron microscopy (SEM), contact profilometry, Raman, High-resolution X-ray photoelectron spectroscopy (HR XPS), and grazing incidence X-ray diffraction (GIXRD) methods. Using the GIXRD method, we establish that nanocoatings consist of a mixture of anatase and rutile grains with sizes of 22.7–24.4 and 29.8–32.2 nm, respectively. HR XPS analysis demonstrates that changes in the number of pulses per spot modify the anatase surface content from 40.6 to 70.4%. The samples with a higher anatase content exhibit up to 6.3 times higher catalytic activity, which is confirmed by methylene blue degradation when exposed to UV light and can be related to the synergistic effect of the anatase–rutile heterojunction. The reusability of the samples is supported by repeated degradation experiments. The photocatalytic activity of the obtained TiO2 nanocoatings is improved by Au nanoparticles deposited on their surface by magnetron sputtering. The proposed approach lays the foundation for the application of nanosecond laser-assisted technologies in the eco-friendly fabrication of catalytic systems.