Figura 1:immagini al microscopio elettronico a scansione delle microstrutture ZTO:(a) immagine a basso ingrandimento degli ottaedri Zn2SnO4; (b) cubetti di ZnSn(OH)6 formati nella fase iniziale della reazione (notare la nucleazione secondaria sulle superfici del cubo); (c) un ottaedro Zn2SnO4; (d) nanoplacche coalescenti. Credito:2010 Elsevier B.V.
Questa revisione tempestiva si concentra sulla sintesi di nanostrutture di stannato di zinco (ossido di zinco e stagno:ZTO) con il metodo idrotermale, nonché le proprietà fisiche e le applicazioni di diverse nanostrutture di stannato di zinco nelle celle solari, sensori di gas, e fotocatalizzatori.
La recensione è pubblicata nel marzo 2011 sulla rivista Scienza e tecnologia dei materiali avanzati vol. 12 (2011) pag. 013004. È presentato da Sunandan Baruah e Joydeep Dutta dell'Asian Institute of Technology, Klong Luang, Tailandia.
nanostrutture binarie di ossido semiconduttore, come l'ossido di zinco e l'ossido di titanio, sono ampiamente utilizzati in sensori e catalizzatori. Però, nanostrutture di ossido semiconduttore ternario, che mostrano una maggiore conduttività elettrica e sono più stabili del tipo binario, sono sempre più richieste per applicazioni specifiche a causa delle loro particolari proprietà fisiche. In contrasto con i processi "top-down" convenzionali che comportano la rottura fisica di grandi materiali macroscopici in nanoparticelle, l'approccio di "auto-organizzazione" a base chimica offre un mezzo economico e flessibile per controllare con precisione le dimensioni, struttura cristallina e proprietà optoelettroniche di nanostrutture di ossido semiconduttore, che è cruciale per l'uso di ZTO in applicazioni specifiche.
Le nanostrutture ZTO possono essere prodotte utilizzando una varietà di metodi tra cui l'evaporazione termica, calcinazione ad alta temperatura, rettifica meccanica, sintesi sol-gel, reazione idrotermale, e reazione di scambio ionico. Diversi metodi producono diversi rapporti di ossidi ZTO e impurità, espresso in strutture cristalline alternative. Gli autori descrivono le caratteristiche pertinenti del metodo di crescita idrotermale per la sintesi di ZTO, compresa l'elevata purezza dello stabile ortostannato di zinco Zn 2 SnO 4 e la struttura cristallina dello spinello cubico che l'accompagna. Inoltre, la crescita idrotermale è un metodo attraente e relativamente semplice poiché la crescita dei cristalli avviene a temperature miti nell'acqua.
Figura 2. Immagini al microscopio elettronico a scansione di microcubi di idrossistannato di zinco (ZHS):(a) ingrandimento inferiore; (b) maggiore ingrandimento; (c) schemi del processo di crescita. Credito:2007 Elsevier B.V.
La tipica crescita idrotermale delle nanostrutture ZTO consiste nell'utilizzare una miscela acquosa di un sale di zinco, come nitrato di zinco o cloruro di zinco, e cloruro stannico. Questa miscela viene poi ridotta a 200-250 C in idrossido di sodio o idrossido di ammonio in ambiente ad alta pressione. Vari metodi per la crescita idrotermale delle nanostrutture ZTO sono dettagliati dagli autori, con prodotti finali variabili in termini di struttura cristallina e "composizione di fase" - quantità dei particolari ossidi prodotti.
Le proprietà fisiche di ZTO dipendono dal metodo utilizzato per la loro sintesi. ZTO è un semiconduttore "wide-gap" con un bandgap di circa 3,6 eV, ma la precisa energia di bandgap dipende dalle condizioni di sintesi, che potrebbero comportare effetti di confinamento quantistico derivanti dalle piccole dimensioni delle nanostrutture. Il controllo delle proprietà fotoelettrochimiche di ZTO ha un'importanza pratica, e mettere in relazione le proprietà ottiche ed elettroniche di ZTO con la composizione e la struttura cristallina può aprire la strada ad applicazioni di altri ossidi complessi.
Gli autori descrivono applicazioni industriali derivanti dalle proprietà fotoelettrochimiche di ZTO. in primo luogo, come fotocatalizzatore ZTO può essere utilizzato per degradare pesticidi nocivi dalle acque sotterranee; in secondo luogo le nanostrutture porose sono ideali per il rilevamento di gas in quanto offrono elevati rapporti superficie/volume; e in terzo luogo ZTO ha un potenziale nel campo delle celle solari sensibilizzate al colorante, un'alternativa economicamente plausibile alle celle solari convenzionali. Dato che sono state riportate solo poche morfologie, gli autori ipotizzano che entro il prossimo decennio le nanostrutture ZTO troveranno impiego in ulteriori applicazioni industriali.
