Figur 1:Skanningselektronmikroskopbilder av ZTO -mikrostrukturer:(a) bild med låg förstoring av Zn2SnO4 -oktaedrarna; (b) ZnSn (OH) 6 kuber bildade i reaktionens inledande skede (notera sekundär kärnbildning på kubytorna); (c) en Zn2SnO4 -oktahedron; (d) koalescerande nanoplattor. Upphovsman:2010 Elsevier B.V.
Denna aktuella översyn fokuserar på syntesen av zinkstannat (zink tennoxid:ZTO) nanostrukturer med den hydrotermiska metoden, liksom de fysiska egenskaperna och tillämpningarna av olika zanktannat -nanostrukturer i solceller, gassensorer, och fotokatalysatorer.
Granskningen publiceras i mars 2011 i tidskriften Vetenskap och teknik för avancerade material Vol. 12 (2011) s. 013004. Det presenteras av Sunandan Baruah och Joydeep Dutta från Asian Institute of Technology, Klong Luang, Thailand.
Binära halvledande oxid -nanostrukturer, såsom zinkoxid och titanoxid, används i stor utsträckning i sensorer och katalysatorer. Dock, ternära halvledande oxid -nanostrukturer, som visar högre elektrisk konduktivitet och är mer stabila än den binära typen, är allt mer efterfrågade för specifika applikationer på grund av deras speciella fysiska egenskaper. I motsats till konventionella "top-down" -processer som innebär att fysiskt bryta stora makroskopiska material till nanopartiklar, det kemiskt baserade ”självorganiseringsmetoden” erbjuder ett billigt och flexibelt sätt att exakt styra storleken, kristallstruktur och optoelektroniska egenskaper hos halvledande oxid -nanostrukturer, vilket är avgörande för användningen av ZTO i specifika applikationer.
ZTO nanostrukturer kan produceras med olika metoder, inklusive termisk avdunstning, högtemperaturkalcinering, mekanisk slipning, sol-gel syntes, hydrotermisk reaktion, och jonbytesreaktion. Olika metoder ger olika förhållanden mellan ZTO -oxider och föroreningar, uttryckt i alternativa kristallstrukturer. Författarna beskriver de relevanta egenskaperna hos den hydrotermiska tillväxtmetoden för syntetisering av ZTO, inklusive hög renhet av det stabila zinkortostannatet Zn 2 SnO 4 och den medföljande kristallstrukturen "cubic spinel". Dessutom, hydrotermisk tillväxt är en attraktiv och relativt enkel metod eftersom kristalltillväxt sker vid milda temperaturer i vatten.
Figur 2. Skanningselektronmikroskopbilder av zinkhydroxystannat (ZHS) mikrokubar:(a) lägre förstoring; (b) högre förstoring; c) schema över tillväxtprocessen. Upphovsman:2007 Elsevier B.V.
Typisk hydrotermisk tillväxt av ZTO nanostrukturer består i att använda en vattenhaltig blandning av ett zinksalt, såsom zinknitrat eller zinkklorid, och stanniklorid. Denna blandning reduceras sedan vid 200-250 C i natriumhydroxid eller ammoniumhydroxid i högtrycksmiljö. Olika metoder för hydrotermisk tillväxt av ZTO -nanostrukturer beskrivs detaljerat av författarna, med varierande slutprodukter när det gäller kristallstruktur och "fassammansättning" - mängder av de specifika oxider som produceras.
De fysiska egenskaperna hos ZTO beror på den metod som används för deras syntes. ZTO är en ”wide-gap” halvledare med en bandgap på cirka 3,6 eV, men den exakta bandgap -energin beror på syntesförhållandena, vilket kan resultera i kvantbegränsningseffekter till följd av nanostrukturernas lilla storlek. Att kontrollera de fotoelektrokemiska egenskaperna hos ZTO har praktisk betydelse, och att relatera de optiska och elektroniska egenskaperna hos ZTO med kompositionen och kristallstrukturen kan bana väg för tillämpningar av andra komplexa oxider.
Författarna beskriver industriella tillämpningar som härrör från ZTO:s fotoelektrokemiska egenskaper. För det första, som fotokatalysator kan ZTO användas för att bryta ned skadliga bekämpningsmedel från grundvatten; för det andra är de porösa nanostrukturerna idealiska för gasavkänning eftersom de erbjuder höga yta till volymförhållanden; och för det tredje har ZTO potential inom färgkänsliga solceller, ett ekonomiskt rimligt alternativ till konventionella solceller. Med tanke på att endast några få morfologier har rapporterats, författarna antar att ZTO nanostrukturer inom det närmaste decenniet kommer att hitta användningsområden i ytterligare industriella tillämpningar.
