Prijeđite na glavni sadržaj

Mehanizam faznog prijelaza nanočestičnog cinkovog oksida visoke fotokatalitičke aktivnosti

Glavni istraživač

Tip projekta
Znanstveno-istraživački projekti
Program
Program znanstveno-tehnološke suradnje između Republike Hrvatske i Narodne Republike Kine
Financijer
Ministarstvo znanosti i obrazovanja Republike Hrvatske
Datum početka
1.10.2019.
Datum završetka
1.10.2021.
Status
Završen
Iznos financiranja
7963 EUR
Više informacija

Zahtjevan zadatak podešavanja funkcionalnih svojstava materijala vođen je idejom pronalaženja ispravne kombinacije njegovih mehaničkih, fizikalnih i kemijskih svojstava kako bi se optimizirale željene funkcionalnosti i radni uvjeti konačnog proizvoda. Uloženi su mnogi napori da se pripreme nanočestice cinkovog oksida (ZnO), pružajući izvrsnu kontrolu nad veličinom, oblikom i disperzibilnošću kristalita, ali ipak, odnos između mikrostrukturnih parametara (veličina kristalita i napetost) u neambijentalnim uvijetima treba biti temeljitije istražiti i razjasniti.

Cinkov oksid je višenamjenski materijal s korisnim optičkim, električnim i mikrostrukturnim svojstvima. Morfološki, ZnO je vrlo bogat spoj koji posjeduje toplinsku i kemijsku stabilnost, što omogućuje široko područje primjene. Naime, veličina čestica i morfologija kristala igraju važnu ulogu u ovim primjenama, što je posljednjih godina motoviralo istraživače da se usredotoče na sintezu nanokristalnog ZnO. Početni spoj cinka, postupak sinteze, kemijski sastav otapala, priroda sredstva za taloženje, pH, temperatura i vrijeme starenja, igraju važnu ulogu u razumijevanju mehanizma stvaranja nanočestica ZnO, sa središnjim naglaskom na veličinu i geometrijski oblik čestica ZnO. Konkretno, u nekoliko novijih radova Šarić i sur.prikazali su utjecaj načina sinteze na stvaranje čestica ZnO, njihovu veličinu i geometrijski oblik. Točnije, Šarić i sur. predložili su mehanizme nukleacije i rasta nanočestica ZnO na temelju rezultata dobivenih kvantno kemijskim proračunima. Utvrđeno je da kinetika nukleacije i rasta nanočestica ZnO u prisutnosti modifikatora rasta čestica (tj. trietanolamina, TEA) i alkoholnog otapala različite veličine i polariteta snažno ovisi o svojstvima alkohola. Rezultati su ukazali su na drugačiji mehanizam stvaranja intermedijera ZnO-TEA, koji su inicirali procese nukleacije nanočestica ZnO u prisutnosti alkohola različite veličine i polariteta te pri različitom molarnom omjeru [TEA]/[Zn(acac)2·H2O ]. Također, toplinska razgradnja [Zn(acac)2·H2O] u čvrstom stanju već je korištena u proizvodnji nanočestica ZnO. Unatoč jednostavnosti ove metode, mehanizam toplinske razgradnje cink acetilacetonata dobivenog postupkom sublimacije praha [Zn(acac)2·H2O] je složen. Ova se metoda može razviti za pripremu različitih morfologija ZnO, koje također imaju značajan utjecaj na optička svojstva ZnO. Nadalje, unatoč primijenjenom tretmanu žarenja, ne može se u potpunosti isključiti prisutnost zaostalih organskih skupina iz cink acetata na površini uzoraka ZnO - očekuje se da će uloga površinskih, a posebno površinskih pasivizirajućih skupina, značajno utjecati na nanokristalnost i kinetičku stabilizaciju metastabilne rs-ZnO faze.

Difrakcija X-zraka praha (PXRD) jedan je od najjednostavnijih alata za karakterizaciju materijala. To je često metoda izbora jer omogućuje proučavanje materijala pod pritiskom, temperaturom ili atmosferskim uvjetima izvan okoline. Difrakcija X-zraka praha pomoću dijamantne ćelija omogućuje ekstrakciju informacija o stabilnosti p-T faze, elastičnosti mase, kao i plastičnoj deformaciji (npr. mehanizmi deformacije) i čvrstoći materijala. Mogućnost izvođenja PXRD eksperimenata izvan okoline omogućuje dublji uvid u korelaciju između strukturnih značajki (npr. mehanizma faznog prijelaza) i mehaničkih svojstava materijala, budući da su oba uvelike povezana s transformacijskim odnosima naprezanja i deformacija. Nedavno su Yang i sur. koristeći in situ mjerenja sinkrotronske difrakcije X-zraka pod kvazi-hidrostatskim uvjetima, izvijestili su o neobičnom ponašanju kompresije u ZnO tijekom faznog prijelaza w-u-rs, što ukazuje na unutarnje elastično naprezanje na odabranim ravninama rešetke. Naime, u kombinaciji s utvrđenim modelom faznog prijelaza ZnO, vjeruje se da je promatrana elastična deformacija uzrokovana neusklađenošću rešetke između w-ZnO faze i rs-ZnO faze tijekom faznog prijelaza. Konkretno, unutarnje elastično naprezanje trebalo je dovesti do omekšavanja čvrstoće svake faze ZnO tijekom faznog prijelaza promatranog u nehidrostatskim uvjetima. Gore navedeni rezultati pružili su jake dokaze za postojanje elastičnog naprezanja rešetke pod pritiskom induciranog faznim prijelazom i ukazali da bi takvo naprezanje moglo imati značajan učinak na fizička svojstva materijala.

Uloženi su mnogi napori da se pripreme nanočestice ZnO, koje pružaju izvrsnu kontrolu nad veličinom, oblikom i disperzibilnošću kristalita, ali ipak, odnos između mikrostrukturnih parametara (veličina kristala i deformacije) u uvjetima visokog tlaka i njihove fotokatalitičke aktivnosti treba biti više temeljito istražena i sustavno razjašnjena.

Integriranjem sintetičke kemije i fizike materijala ciljat ćemo na sljedeće istraživačke ciljeve:

(i) dizajnirati nanočestice ZnO pomoću prilagođenih sintetskih postupaka: (a) upotrebom cink acetilacetonata monohidrata [Zn(acac)2·H2O] u prisutnosti trietanolamina (TEA) i raznih alkoholnih otapala, etanola ili oktanola, na 170 °C, ( b) toplinskom razgradnjom [Zn(acac)2·H2O] (izravno zagrijavanje na ≥200°C).

(ii) poboljšati predvidljivost agregacijskog ponašanja ZnO nanočestica različite veličine i morfologije u ZnO mikrosfere s dobro definiranom morfologijom i fizikalno-kemijskim svojstvima (optičkim, strukturnim) za adsorpciju i

uklanjanje raznih zagađivača okoliša.

(iii) isporučiti nanočestice ZnO koje imaju optimalnu fotokatalitičku učinkovitost procijenjenu fotorazgradnjom otopina rodamina B, metiloranža i metilen plavog kao model organskih zagađivača.

(iv) razviti nanočestice ZnO kao funkcionalne materijale s poboljšanim funkcionalnostima kroz sinergiju otkrivenih strukturnih i mikrostrukturnih značajki u uvjetima izvan okoline (tj. visoki tlak i visoka temperatura).

Ova stranica koristi kolačiće. Neki od tih kolačića nužni su za ispravno funkcioniranje stranice, dok se drugi koriste za praćenje korištenja stranice radi poboljšanja korisničkog iskustva. Za više informacija pogledajte naše uvjete korištenja.

Prilagodi postavke
  • Kolačići koji su nužni za ispravno funkcioniranje stranice. Moguće ih je onemogućiti u postavkama preglednika.