Figura 1:Imágenes de microscopio electrónico de barrido de microestructuras de ZTO:(a) imagen de bajo aumento de los octaedros de Zn2SnO4; (b) ZnSn (OH) 6 cubos formados en la etapa inicial de la reacción (obsérvese la nucleación secundaria en las superficies del cubo); (c) un octaedro de Zn2SnO4; (d) nanoplacas coalescentes. Crédito:2010 Elsevier B.V.
Esta revisión oportuna se centra en la síntesis de nanoestructuras de estannato de zinc (óxido de zinc y estaño:ZTO) por el método hidrotermal, así como las propiedades físicas y aplicaciones de diferentes nanoestructuras de estannato de zinc en células solares, sensores de gas, y fotocatalizadores.
La revisión se publica en marzo de 2011 en la revista Ciencia y tecnología de materiales avanzados Vol. 12 (2011) pág. 013004. Es presentado por Sunandan Baruah y Joydeep Dutta del Instituto Asiático de Tecnología, Klong Luang, Tailandia
Nanoestructuras binarias de óxidos semiconductores, como el óxido de zinc y el óxido de titanio, son ampliamente utilizados en sensores y catalizadores. Sin embargo, nanoestructuras ternarias de óxido semiconductor, que muestran una conductividad eléctrica más alta y son más estables que el tipo binario, son cada vez más demandados para aplicaciones específicas debido a sus propiedades físicas particulares. A diferencia de los procesos "de arriba hacia abajo" convencionales que implican la descomposición física de grandes materiales macroscópicos en nanopartículas, el enfoque de "autoorganización" basado en productos químicos ofrece un medio económico y flexible de controlar con precisión el tamaño, estructura cristalina y propiedades optoelectrónicas de nanoestructuras de óxido semiconductor, que es crucial para el uso de ZTO en aplicaciones específicas.
Las nanoestructuras ZTO se pueden producir utilizando una variedad de métodos que incluyen evaporación térmica, calcinación a alta temperatura, rectificado mecánico, síntesis sol-gel, reacción hidrotermal, y reacción de intercambio iónico. Los diferentes métodos producen diferentes proporciones de óxidos e impurezas ZTO, expresado en estructuras cristalinas alternativas. Los autores describen las características pertinentes del método de crecimiento hidrotermal para sintetizar ZTO, incluyendo alta pureza del ortostanato de zinc estable Zn 2 SnO 4 y la estructura cristalina de "espinela cúbica" que la acompaña. Es más, El crecimiento hidrotermal es un método atractivo y relativamente simple ya que el crecimiento de cristales ocurre a temperaturas suaves en el agua.
Figura 2. Imágenes de microscopio electrónico de barrido de microcubos de hidroxiestanato de zinc (ZHS):(a) menor aumento; (b) mayor aumento; (c) esquemas del proceso de crecimiento. Crédito:2007 Elsevier B.V.
El crecimiento hidrotermal típico de nanoestructuras ZTO consiste en utilizar una mezcla acuosa de una sal de zinc, como el nitrato de zinc o el cloruro de zinc, y cloruro estánnico. A continuación, esta mezcla se reduce a 200-250 ° C en hidróxido de sodio o hidróxido de amonio en un entorno de alta presión. Los autores detallan varios métodos para el crecimiento hidrotermal de nanoestructuras ZTO, con productos finales variables en términos de estructura cristalina y "composición de fase" - cantidades de los óxidos particulares producidos.
Las propiedades físicas de ZTO dependen del método utilizado para su síntesis. ZTO es un semiconductor de "amplio intervalo" con un intervalo de banda de aproximadamente 3,6 eV, pero la energía de banda prohibida precisa depende de las condiciones de síntesis, lo que podría resultar en efectos de confinamiento cuántico derivados del pequeño tamaño de las nanoestructuras. Controlar las propiedades fotoelectroquímicas de ZTO tiene importancia práctica, y relacionar las propiedades ópticas y electrónicas de ZTO con la composición y estructura cristalina puede allanar el camino para aplicaciones de otros óxidos complejos.
Los autores describen aplicaciones industriales que surgen de las propiedades fotoelectroquímicas de ZTO. Primeramente, como fotocatalizador, el ZTO se puede utilizar para degradar plaguicidas nocivos del agua subterránea; en segundo lugar, las nanoestructuras porosas son ideales para la detección de gases, ya que ofrecen altas relaciones de superficie a volumen; y en tercer lugar, ZTO tiene potencial en el campo de las células solares sensibilizadas por colorantes, una alternativa económicamente plausible a las células solares convencionales. Dado que solo se han reportado unas pocas morfologías, los autores conjeturan que en la próxima década las nanoestructuras ZTO encontrarán usos en otras aplicaciones industriales.
