Plasma

Jul 05, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 7427 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O óxido de tungstênio nanoestruturado como óxido metálico semicondutor tem atraído considerável atenção devido às suas propriedades promissoras e notáveis. As nanopartículas de óxido de tungstênio podem ser usadas em uma ampla gama de tecnologias e aplicações, como catalisadores, sensores, supercapacitores, etc. Neste estudo, as nanopartículas foram preparadas através de um método simples usando uma descarga luminosa atmosférica. Esta abordagem moderna tinha muitas vantagens, como alta eficiência e função simples. O desempenho da síntese foi feito em apenas uma etapa e em um curto período de tempo que começou aos 2 min e continuou por 8 min. O padrão de difração de raios X revelou a formação \({\mathrm{WO}}_{3}\) à pressão atmosférica. O tamanho das partículas sintetizadas foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura. De acordo com os resultados experimentais, a síntese foi muito influenciada pela tensão aplicada, tipo de gás e lado de formação de plasma sobre a superfície da água. Aumentos na diferença de potencial elétrico e na condutividade térmica do gás levaram a uma maior taxa de síntese, enquanto essa taxa foi reduzida pela diminuição do peso atômico do gás.

Nanopartículas têm sido amplamente utilizadas devido às suas propriedades ópticas, forma e tamanho únicos. Métodos biológicos, químicos e físicos são métodos comuns de síntese para essas partículas1,2. As nanopartículas metálicas (MNPs) estão atraindo a atenção dos cientistas por suas propriedades ajustáveis ​​para uso em uma ampla gama de aplicações, incluindo biomedicina, indústria eletrônica e dispositivos ópticos3,4,5,6. Um pó cristalino feito de nanopartículas metálicas, como o óxido de tungstênio, também conhecido como trióxido de tungstênio (\({\mathrm{WO}}_{3}\)), pode ser utilizado em eletroquímica, fotocatalisadores, janelas inteligentes e dispositivos eletrônicos7 ,8,9,10.

A investigação e o desenvolvimento relacionados com a nanotecnologia aceleraram a nível mundial. Um de seus principais produtos são as nanopartículas metálicas (MNPs). As nanopartículas são mais comumente sintetizadas por técnicas químicas úmidas. Estes criam nucleação com o auxílio da redução de agentes químicos na solução11. Em comparação, a síntese através do plasma prepara o núcleo sem agentes químicos ou agentes sobrejacentes. Nos plasmas não térmicos (NTP), íons e elétrons estão em diferentes temperaturas12. A este respeito, a síntese não térmica de nanopartículas pode ser possibilitada em várias temperaturas de fusão. De acordo com a relação Hall-Patch, uma resistência pode ser obtida como a resistência teórica do material, reduzindo o tamanho do grão. A tecnologia NTP, como um método proeminente de síntese limpa e fácil de nanomateriais, tem atraído muita atenção devido às suas propriedades específicas na redução do tamanho dos grãos .

Ashkarran et al.14 sintetizaram \({\mathrm{WO}}_{3}\) nanopartículas pelo método de descarga elétrica de arco em água deionizada com diferentes correntes de arco e investigaram as propriedades das nanopartículas resultantes. O tamanho da partícula na corrente do arco de 25 A era de cerca de 30 nm. O tamanho da partícula aumentou com o aumento da corrente do arco para 64 nm, o que causou uma diminuição no band gap de 2,9 para 2,6 eV. Amostras preparadas na corrente mais baixa tiveram mais atividade fotocatalítica devido ao menor tamanho de partícula e maior área superficial. Chen et al.15 prepararam \({\mathrm{WO}}_{3}{.\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\) nanopartículas com tamanho de cerca de 5 nm por plasma pulsado em água desionizada. O efeito de extinção e o ambiente líquido inerente ao plasma pulsado dentro da água deionizada produziram partículas ultrapequenas com comprimentos de rede maiores que os das redes de referência. O \({\mathrm{WO}}_{3}{.\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\) apresentou maior absorção que o ST-01 \({\mathrm{TiO}}_ {2}\) e Wako \({\mathrm{WO}}_{3}\) nanopartículas na região visível. Sirotkin et al.16 usaram uma descarga de choque subaquática para sintetizar \({\mathrm{WO}}_{3}\) nanopartículas, que formaram uma modificação monoclínica \({\mathrm{WO}}_{3}\) com um diâmetro médio de partícula de cerca de 60 nm, dependendo da corrente de descarga e eletrólitos adicionais. A amostra apresentou alta atividade fotocatalítica devido ao baixo gap e estrutura porosa. Ranjan et al.17 sintetizaram \({\mathrm{WO}}_{3}\) nanopartículas por um processo de explosão de fio em ambiente de oxigênio e investigaram seu comportamento fotocatalítico. O tamanho das partículas seguiu uma distribuição log-normal com tamanho médio mínimo de 24,1 nm. O intervalo de bandas das nanopartículas foi medido em 2,92 eV. Chang et al.18 produziram colóides de nano-tungstênio \(({\mathrm{W}}_{2.00}\mathrm{ e W})\) com tamanho médio de partícula de 164,9 nm, comprimento de onda de absorbância de 315 nm, \( \upzeta \) potencial de - 64,9 mV e tamanho mínimo de partícula de 11 nm usando um sistema de descarga de faísca em água deionizada.