Notícias

Jun 19, 2023

Nanoestruturas de óxido de zinco melhoraram a fotoluminescência pelo carbono

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9704 (2023) Citar este artigo 456 Acessos Métricas detalhes Heteroestruturas de ZnO/negro de fumo foram sintetizadas usando um método sol-gel e cristalizadas por

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9704 (2023) Citar este artigo

456 Acessos

Detalhes das métricas

Heteroestruturas de ZnO / negro de fumo foram sintetizadas usando um método sol-gel e cristalizadas por recozimento a 500 ° C sob 2 × 10-2 Torr por 10 min. As estruturas cristalinas e os modos de vibração de ligação foram determinados por espectrometria XRD, HRTEM e Raman. Suas morfologias superficiais foram observadas pelo FESEM. O padrão Moiré observado nas imagens HRTEM confirma que as nanopartículas de negro de fumo foram cobertas pelos cristais de ZnO. Medições de absorvância óptica revelaram que o intervalo de banda óptica das heteroestruturas de ZnO / negro de fumo aumentou de 2, 33 para 2, 98 eV à medida que o conteúdo de nanopartículas de negro de fumo aumenta de 0 para 8, 33 × 10 -3 mol devido ao efeito Burstein-Moss. As intensidades de fotoluminescência na borda próxima da banda e da luz violeta e azul foram aumentadas por fatores de cerca de 68,3, 62,8 e 56,8, respectivamente, quando o conteúdo de negro de fumo é de 2,03 × 10−3 mol. Este trabalho revela que o conteúdo adequado de nanopartículas de negro de fumo envolvido aumenta as intensidades de PL dos cristais de ZnO no regime de comprimento de onda curto, apoiando sua potencial aplicação em dispositivos emissores de luz.

O óxido de zinco é um material promissor para uso em dispositivos emissores de luz1, fotocatalisadores2, sensores de gás3 e células solares4, devido à sua propriedade semicondutora do tipo n, banda larga (3,3 eV)5, alta energia de ligação de excitons (60 meV) 5, respeito ao meio ambiente6, baixo custo e alta estabilidade física e química7. Dois métodos que envolvem dopagem com elementos Sb8, Ga9, Cu10, Gd11 e Li12, e heteroestruturas, como RGO/ZnO2, Ag/ZnO6, ZnO/grafeno13, Si/ZnO14, In2O3–ZnO15 e MoS2@ZnO16, podem ser usado para modificar e melhorar a emissão da luz pelo ZnO. Os meios mais comuns de sintetizar nanoestruturas de ZnO incluem sol-gel6, hidrotérmico térmico17, hidrotérmico de micro-ondas18, deposição de vapor termicamente químico (CVD)8 e métodos de ablação por laser pulsado (PLA)19. Como mencionado acima, as abordagens sol-gel e CVD térmica são os métodos mais populares, simples e eficientes para sintetizar as nanoestruturas de ZnO. O negro de fumo tem uma estrutura cristalina semelhante à do grafite, mas é tridimensional e menos ordenado. As camadas de carbono no negro de fumo são paralelas entre si, mas exibem ordem baixa, frequentemente como camadas concêntricas com estruturas turboestráticas . O negro de fumo possui alta condutividade, grande área superficial específica, estabilidade21 e baixo custo, além de ser naturalmente abundante22. Portanto, tem usos potenciais em cargas de carbono22, materiais de reforço e suporte para catalisadores metálicos21, baterias de íon-lítio23, biomateriais24, células de combustível25, fotocatalisadores26, células solares27, eletrocatalisadores de redução de oxigênio28 e compostos de borracha29.

Heteroestruturas, incluindo metal/semicondutor, semicondutor/metal e heteroestruturas semicondutor/semicondutor, são úteis para modificar as propriedades de fotoluminescência de semicondutores, de uma maneira determinada pela reconfiguração da estrutura de banda entre os materiais de conexão em um estado estacionário. Wang et al. relataram que as nanoestruturas V2O5@Pt exibiram melhor intensidade fotoluminescente em λ = 466 nm30; Wang et al. relataram que as nanoestruturas RGO@ZnO exibiram intensidade aumentada na emissão próxima da borda da banda; Rajas-Lopez et al. descobriram que MoS2/hBN/SiO2 exibiu maior intensidade fotoluminescente na energia de emissão de 1,85 eV31; Chi et al. revelou que NiFe/ZnO exibiu fotoluminescência com intensidade aumentada em λ = 414 nm32; e Kandhasamy et al. descobriram que o MoS2 / grafeno exibiu fotoluminescência aprimorada em λ = 690 nm e 430 nm33. Com base nas propriedades acima mencionadas do negro de fumo, os usos potenciais de ZnO e as propriedades úteis de heteroestruturas, um método sol-gel e o processo térmico de CVD foram usados ​​​​aqui para fabricar heteroestruturas de ZnO/negro de fumo, e os efeitos do O conteúdo de nanopartículas de negro de fumo na estrutura cristalina do ZnO e nas propriedades fotoluminescentes foram sistematicamente investigados. Os nomes das amostras para heteroestruturas de ZnO/negro de fumo são denotados como ZC0, ZC1, ZC2, ZC3 e ZC4, correspondendo à adição de teores de negro de fumo de 0, 2,08, 4,16, 6,25 e 8,33 × 10−3 mol, respectivamente. CB25 e CB500 representam as nanopartículas de negro de fumo antes e depois do recozimento a 500 °C, respectivamente.