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Aug 04, 2023

Proprietà fisico-chimiche intriganti e impatto del co

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7595 (2023) Citare questo articolo

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L'ossido di grafene (GO) superparamagnetico drogato con N con nanofili ZnS è stato sintetizzato mediante un metodo idrotermale in una sola fase drogando quantità diluite di ioni Ga, Cr, In e Al per il trattamento dell'acqua e applicazioni biomediche. In questi esperimenti, per migliorare le loro proprietà, il 2% di Ga3+, In3+ e/o Al3+ sono stati codificati insieme al 2% di ioni Cr in questi nanofili di ZnS. Il nanocomposito con la composizione In0.02Cr0.02Zn0.96S ha una migliore efficienza fotocatalitica rispetto ad altri nanocompositi co-drogati. L'In (metalloidi) e il Cr (ione metallo di transizione) sono le migliori combinazioni per aumentare le proprietà magnetiche benefiche per l'attività fotocatalitica. I materiali nanocompositi sintetizzati sono stati caratterizzati mediante diverse tecniche come la diffrazione di raggi X, il microscopio elettronico a scansione di emissioni di campo (FESEM) con EDAX, il magnetometro del campione vibrante (VSM), UV-Vis, la spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) e la spettroscopia di fluorescenza . Viene inoltre discussa la correlazione delle proprietà magnetiche intriganti con le loro proprietà fotocatalitiche. L'XPS è stato impiegato per il rilevamento di difetti superficiali, trasformazione di fase e natura dei componenti chimici presenti nei nanocompositi. I difetti di Frankel e quelli sostitutivi hanno un impatto diretto sull'attività fotocatalitica che è stata determinata dalla spettroscopia di fluorescenza (FL). FL e XPS rivelano che il composito codopato Cr e In ha una percentuale di difetti maggiore quindi la sua efficienza fotocatalitica raggiunge il 94,21%.

Negli ultimi dieci anni, l'ossido di grafene (GO)1,2,3,4,5 e il co-drogaggio di metalli 3D o metalli delle terre rare, non metalli e metalloidi hanno ricevuto enorme attenzione grazie al loro ruolo chiave nel miglioramento di quelle proprietà fisiche applicabili in settori quali resistenza alla trazione, mobilità, conduttività, bandgap, flessibilità, stabilità termica e chimica, modulo di Young, trasparenza ottica, elevata elettroconduttività, desiderabili per la produzione, ecc.6,7. Il solfuro di zinco (ZnS) è un fotocatalizzatore semiconduttore II-VI ed è stato ampiamente studiato perché appare in diverse morfologie su scala nanometrica, presenta eccellenti proprietà fisiche e ha anche proprietà fotocatalitiche uniche. Tuttavia, in letteratura sono disponibili pochi rapporti sulla co-sostituzione con ioni Cr3+ in ZnS8,9. Il Cr (VI) è un metallo pesante ed anche altamente tossico, mentre il Cr (III) non è tossico ed è utile per l'uomo. Pertanto, in aggiunta a ciò, sono stati utilizzati nanofogli di ossido di grafene per ottimizzare la banda proibita dello ZnS puro dalla regione UV alla regione visibile per utilizzare più energia solare10. Il TiO2 è il materiale nanostrutturato più comunemente utilizzato11. Tuttavia, nelle applicazioni ambientali, lo ZnS puro ha una maggiore efficienza teorica nella generazione di fotoportanti rispetto al TiO212. Inoltre, i nanocristalli di semiconduttori co-sostituiti hanno una migliore capacità di conferire nuove applicazioni tecnologiche e sono vantaggiosi per diverse proprietà rispetto al materiale nanocristallino puro. È stato esplicitamente confermato che la co-sostituzione è uno strumento più efficace del drogaggio di singoli metalli/non metalli/metalloidi nei nanocristalli ospiti utilizzati per migliorare le proprietà del fotocatalizzatore13. In linea di principio, la morfologia, i difetti strutturali e i difetti superficiali dei solfuri metallici e dei nanocompositi di grafene solfuro metallico svolgono un ruolo vitale nel controllo delle proprietà di trasporto, della stabilità chimica e termica e dei movimenti eccitonici. Suvanka Dutta et al.14 e Gajendiran et al.15 hanno riferito che le proprietà della morfologia mista dei campioni preparati sono più importanti piuttosto che la loro omogeneità e i campioni monocristallini.

Dai dati presentati nella Tabella 1S (EIS), è evidente che lo ZnS co-drogato ha risultati migliori rispetto ai nanomateriali ZnS drogati con un singolo metallo. Il presente studio si concentra sugli effetti del co-doping degli ioni Ga3+/In3+/Al3+ al 2% insieme agli ioni Cr3+ al 2% sui nanofili ZnS adornati con GO e sulle loro proprietà fotocatalitiche. Dopo il co-drogaggio dei metalloidi nel reticolo ZnS, si sono formati più difetti con conseguente maggiore efficienza di degradazione del colorante fotocatalitico, l'impatto diretto dei difetti sull'efficienza dell'attività fotocatalitica è discusso in dettaglio.