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Aug 04, 2023

Propriedades físico-químicas intrigantes e impacto do co

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 7595 (2023) Citar este artigo

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O óxido de grafeno (GO) dopado com N superparamagnético com nanofios de ZnS foi sintetizado por um método hidrotérmico de uma etapa, dopando quantidades diluídas de íons Ga, Cr, In e Al para tratamento de água e aplicações biomédicas. Nesses experimentos, para melhorar suas propriedades, 2% de Ga3+, In3+ e/ou Al3+ foram codificados junto com 2% de íons Cr nesses nanofios de ZnS. O nanocompósito com a composição In0,02Cr0,02Zn0,96S apresenta melhor eficiência fotocatalítica que outros nanocompósitos co-dopados. O In (metalóides) e Cr (íon de metal de transição) são as melhores combinações para aumentar as propriedades magnéticas que são benéficas para a atividade fotocatalítica. Os materiais nanocompósitos sintetizados foram caracterizados por várias técnicas, como difração de raios X, microscópio eletrônico de varredura por emissão de campo (FESEM) com EDAX, magnetômetro de amostra vibratória (VSM), UV-Vis, espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) e espectroscopia de fluorescência . A correlação de intrigantes propriedades magnéticas com suas propriedades fotocatalíticas também é discutida. O XPS foi empregado para a detecção de defeitos de superfície, transformação de fase e a natureza dos componentes químicos presentes nos nanocompósitos. Os defeitos de Frankel e substitucionais têm impacto direto na atividade fotocatalítica que foi determinada a partir da espectroscopia de fluorescência (FL). FL e XPS revelam que o compósito codopado com Cr e In apresenta maior percentual de defeitos, portanto sua eficiência fotocatalítica chega a 94,21%.

Na última década, o óxido de grafeno (GO)1,2,3,4,5 e a co-dopagem de metais 3D ou metais de terras raras, não-metais e metalóides receberam enorme atenção devido ao seu papel fundamental no aprimoramento de aquelas propriedades físicas que são aplicáveis ​​em indústrias como resistência à tração, mobilidade, condutividade, bandgap, flexibilidade, estabilidade térmica e química, módulo de Young, transparência óptica, alta eletrocondutividade, desejável para produção, etc.6,7. O sulfeto de zinco (ZnS) é um fotocatalisador semicondutor II-VI e tem sido extensivamente estudado porque aparece em várias morfologias em nanoescala, exibe excelentes propriedades físicas e também possui propriedades fotocatalíticas únicas. No entanto, existem poucos relatos disponíveis na literatura sobre a co-substituição com íons Cr3+ em ZnS8,9. O Cr (VI) é um metal pesado e também altamente tóxico, enquanto o Cr (III) é atóxico e útil para o ser humano. Portanto, além disso, nanofolhas de óxido de grafeno foram usadas para ajustar o bandgap de ZnS puro da região UV para a região visível para utilizar mais energia solar10. O TiO2 é o material nanoestruturado mais utilizado11. No entanto, em aplicações ambientais, o ZnS puro tem maior eficiência teórica na geração de fotoportadores do que o TiO212. Além disso, os nanocristais de semicondutores co-substituídos têm uma melhor capacidade de conferir novas aplicações tecnológicas e são benéficos para diversas propriedades em comparação com o material nanocristal puro. Foi explicitamente corroborado que a co-substituição é uma ferramenta mais eficaz do que a dopagem de um único metal/não-metal/metalóides em nanocristais hospedeiros que são usados ​​para melhorar as propriedades do fotocatalisador13. Em princípio, a morfologia, defeitos estruturais e defeitos de superfície de sulfetos metálicos e nanocompósitos de sulfeto metálico de grafeno desempenham um papel vital no controle de propriedades de transporte, estabilidade química e térmica e movimentos excitônicos. Suvanka Dutta et al.14 e Gajendiran et al.15 relataram que as propriedades da morfologia mista de amostras preparadas são mais importantes do que sua homogeneidade e amostras monocristalinas.

A partir dos dados apresentados na Tabela 1S (EIS), é evidente que o ZnS co-dopado tem melhores resultados do que os nanomateriais de ZnS dopados com um único metal. O presente estudo enfoca os efeitos da co-dopagem de 2% de íons Ga3+/In3+/Al3+ juntamente com 2% de íons Cr3+ nos nanofios de ZnS adornados com GO e suas propriedades fotocatalíticas. Após a co-dopagem de metalóides na rede ZnS, mais defeitos foram formados levando a uma maior eficiência de degradação do corante fotocatalítico, o impacto direto dos defeitos na eficiência da atividade fotocatalítica é discutido em detalhes.