Плазма

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7427 (2023) Цитировать эту статью

484 доступа

Подробности о метриках

Наноструктурированный оксид вольфрама как полупроводниковый оксид металла привлек значительное внимание благодаря своим многообещающим и заметным свойствам. Наночастицы оксида вольфрама можно использовать в широком спектре технологий и применений, таких как катализаторы, датчики, суперконденсаторы и т. д. В этом исследовании наночастицы были получены простым методом с использованием атмосферного тлеющего разряда. Этот современный подход имел множество преимуществ, таких как высокая эффективность и простота функционирования. Синтез выполнялся всего за один этап и за короткое время, которое начиналось с 2 минут и продолжалось в течение 8 минут. Рентгеновская дифрактограмма выявила образование \({\mathrm{WO}}_{3}\) при атмосферном давлении. Размер синтезированных частиц охарактеризовали с помощью сканирующей электронной микроскопии. Согласно результатам экспериментов, на синтез большое влияние оказывали приложенное напряжение, тип газа и сторона плазмообразования над поверхностью воды. Увеличение разности электрических потенциалов и теплопроводности газа приводило к увеличению скорости синтеза, при этом эта скорость снижалась за счет уменьшения атомного веса газа.

Наночастицы широко используются благодаря своим уникальным оптическим свойствам, форме и размеру. Биологические, химические и физические методы являются распространенными методами синтеза этих частиц1,2. Металлические наночастицы (МНЧ) привлекают внимание ученых своими регулируемыми свойствами для использования в широком спектре приложений, включая биомедицину, электронную промышленность и оптические устройства3,4,5,6. Кристаллический порошок, состоящий из наночастиц металлов, таких как оксид вольфрама, также известный как триоксид вольфрама (\({\mathrm{WO}}_{3}\)), может быть использован в электрохимии, фотокатализаторах, «умных окнах» и электронных устройствах7. ,8,9,10.

Исследования и разработки, связанные с нанотехнологиями, ускорились во всем мире. Одним из их ключевых продуктов являются металлические наночастицы (МНЧ). Наночастицы чаще всего синтезируются мокрыми химическими методами. Они создают зародышеобразование с помощью восстанавливающих химических агентов в растворе11. Для сравнения, синтез через плазму подготавливает ядро ​​без химических агентов или покрывающих агентов. В нетепловой плазме (НТП) ионы и электроны находятся при разных температурах12. В связи с этим нетермический синтез наночастиц может быть возможен при различных температурах плавления. Согласно соотношению Холла-Пэтча, прочность можно получить, как и теоретическую прочность материала, за счет уменьшения размера зерна. Технология NTP, как известный чистый и простой метод синтеза наноматериалов, привлекла большое внимание благодаря своим специфическим свойствам уменьшения размера зерна13.

Ашкарран и др.14 синтезировали наночастицы \({\mathrm{WO}}_{3}\) методом дугового электрического разряда в деионизированной воде с различными токами дуги и исследовали свойства полученных наночастиц. Размер частиц в токе дуги 25 А составлял около 30 нм. Размер частиц увеличивался с увеличением тока дуги до 64 нм, что вызывало уменьшение ширины запрещенной зоны с 2,9 до 2,6 эВ. Приготовленные образцы при минимальном токе обладали большей фотокаталитической активностью из-за наименьшего размера частиц и наибольшей площади поверхности. Чен и др.15 получили \({\mathrm{WO}}_{3}{.\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\) наночастицы размером около 5 нм с помощью импульсной плазмы в деионизированная вода. Эффект тушения и жидкая среда, присущие импульсной плазме внутри деионизированной воды, позволили получить сверхмалые частицы с длиной решетки, большей, чем у эталонных решеток. \({\mathrm{WO}}_{3}{.\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\) показал более высокое поглощение, чем ST-01 \({\mathrm{TiO}}_ {2}\) и наночастицы Вако \({\mathrm{WO}}_{3}\) в видимой области. Сироткин и др.16 использовали подводный ударный разряд для синтеза наночастиц \({\mathrm{WO}}_{3}\), которые образовали моноклинную модификацию \({\mathrm{WO}}_{3}\) с средний диаметр частиц около 60 нм, в зависимости от тока разряда и дополнительных электролитов. Образец продемонстрировал высокую фотокалитическую активность благодаря малой запрещенной зоне и пористой структуре. Ранджан и др.17 синтезировали наночастицы \({\mathrm{WO}}_{3}\) методом взрыва проволоки в кислородной среде и исследовали их фотокаталитическое поведение. Размер частиц соответствовал логарифмически нормальному распределению с минимальным средним размером 24,1 нм. Измеренная ширина запрещенной зоны наночастиц составила 2,92 эВ. Чанг и др.18 получили нано-вольфрамовые коллоиды \(({\mathrm{W}}_{2.00}\mathrm{ and W})\) со средним размером частиц 164,9 нм, длиной волны поглощения 315 нм, \( \upzeta \) потенциал - 64,9 мВ и минимальный размер частиц 11 нм с использованием системы искрового разряда в деионизированной воде.