Plasma

Jul 05, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7427 (2023) Citare questo articolo

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L'ossido di tungsteno nanostrutturato come ossido metallico semiconduttore ha attirato notevole attenzione grazie alle sue proprietà promettenti e notevoli. Le nanoparticelle di ossido di tungsteno possono essere utilizzate in un'ampia gamma di tecnologie e applicazioni come catalizzatori, sensori, supercondensatori, ecc. In questo studio, le nanoparticelle sono state preparate tramite un metodo semplice utilizzando una scarica luminescente atmosferica. Questo approccio moderno presentava molti vantaggi come l'elevata efficienza e la semplicità di funzionamento. L'esecuzione della sintesi è stata eseguita in un solo passaggio e in un breve periodo, iniziato a 2 minuti e continuato per 8 minuti. Lo schema di diffrazione dei raggi X ha rivelato la formazione \({\mathrm{WO}}_{3}\) a pressione atmosferica. La dimensione delle particelle sintetizzate è stata caratterizzata mediante microscopia elettronica a scansione. Secondo i risultati sperimentali, la sintesi è stata fortemente influenzata dalla tensione applicata, dal tipo di gas e dal lato di formazione del plasma sulla superficie dell'acqua. Gli aumenti della differenza di potenziale elettrico e della conduttività termica del gas hanno portato ad una maggiore velocità di sintesi, mentre questa velocità è stata ridotta diminuendo il peso atomico del gas.

Le nanoparticelle sono state ampiamente utilizzate grazie alle loro proprietà ottiche, forma e dimensioni uniche. I metodi biologici, chimici e fisici sono metodi di sintesi comuni per queste particelle1,2. Le nanoparticelle metalliche (MNP) stanno attirando l'attenzione degli scienziati per le loro proprietà adattabili all'uso in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui la biomedicina, l'industria elettronica e i dispositivi ottici3,4,5,6. Una polvere cristallina composta da nanoparticelle metalliche, come l'ossido di tungsteno, noto anche come triossido di tungsteno (\({\mathrm{WO}}_{3}\)), può essere utilizzata in elettrochimica, fotocatalizzatori, finestre intelligenti e dispositivi elettronici7 ,8,9,10.

La ricerca e lo sviluppo legati alle nanotecnologie hanno subito un’accelerazione a livello globale. Uno dei loro prodotti chiave sono le nanoparticelle metalliche (MNP). Le nanoparticelle sono più comunemente sintetizzate mediante tecniche chimiche umide. Questi creano la nucleazione con l'ausilio di agenti chimici riducenti nella soluzione11. In confronto, la sintesi tramite plasma prepara il nucleo senza agenti chimici o agenti sovrastanti. Nei plasmi non termici (NTP), gli ioni e gli elettroni si trovano a temperature diverse12. A questo proposito, la sintesi non termica delle nanoparticelle può essere consentita a varie temperature di fusione. Secondo la relazione Hall-Patch, è possibile ottenere una resistenza simile alla resistenza teorica del materiale riducendo la dimensione dei grani. La tecnologia NTP, in quanto metodo di sintesi semplice e pulito dei nanomateriali, ha attirato molta attenzione grazie alle sue proprietà specifiche nel ridurre la dimensione dei grani13.

Ashkarran et al.14 hanno sintetizzato nanoparticelle \({\mathrm{WO}}_{3}\) mediante il metodo della scarica elettrica ad arco in acqua deionizzata con diverse correnti d'arco e hanno studiato le proprietà delle nanoparticelle risultanti. La dimensione delle particelle nella corrente d'arco da 25 A era di circa 30 nm. La dimensione delle particelle è aumentata con l'aumento della corrente d'arco fino a 64 nm, il che ha causato una diminuzione del gap di banda da 2,9 a 2,6 eV. I campioni preparati alla corrente più bassa avevano una maggiore attività fotocatalitica a causa delle dimensioni delle particelle più piccole e dell'area superficiale più elevata. Chen et al.15 hanno preparato \({\mathrm{WO}}_{3}{.\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\) nanoparticelle con una dimensione di circa 5 nm mediante plasma pulsato in acqua deionizzata. L'effetto di spegnimento e l'ambiente liquido inerenti al plasma pulsato all'interno dell'acqua deionizzata hanno prodotto particelle ultra piccole con lunghezze reticolari maggiori di quelle dei reticoli di riferimento. Il \({\mathrm{WO}}_{3}{.\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\) ha mostrato un assorbimento maggiore rispetto a ST-01 \({\mathrm{TiO}}_ {2}\) e nanoparticelle Wako \({\mathrm{WO}}_{3}\) nella regione visibile. Sirotkin et al.16 hanno utilizzato una scarica d'urto subacquea per sintetizzare le nanoparticelle \({\mathrm{WO}}_{3}\), che formavano una modificazione monoclina \({\mathrm{WO}}_{3}\) con un diametro medio delle particelle di circa 60 nm, a seconda della corrente di scarica e degli elettroliti aggiuntivi. Il campione ha mostrato un'elevata attività fotocatalitica a causa del basso gap di banda e della struttura porosa. Ranjan et al.17 hanno sintetizzato nanoparticelle \({\mathrm{WO}}_{3}\) mediante un processo di esplosione di fili in un ambiente di ossigeno e hanno studiato il loro comportamento fotocatalitico. La dimensione delle particelle seguiva una distribuzione log-normale con una dimensione media minima di 24,1 nm. Il gap di banda delle nanoparticelle è stato misurato pari a 2,92 eV. Chang et al.18 hanno prodotto colloidi di nano-tungsteno \(({\mathrm{W}}_{2.00}\mathrm{ e W})\) con una dimensione media delle particelle di 164,9 nm, lunghezza d'onda di assorbanza di 315 nm, \( \upzeta \) potenziale di −64,9 mV e una dimensione minima delle particelle di 11 nm utilizzando un sistema di scarica a scintilla in acqua deionizzata.