Naši znanstvenici iz PLASAR grupe osmislili su metodu za dobivanje dvokomponentnih srebrom dopiranih ZnO nanočestica. Nanočestice su detaljno analizirane uz pomoć kolega sa Instituta Vinča kraj Beograda. Pokazalo se da se ioni Ag ugrađuju u kristalnu rešetku ZnO nanočestica najviše na njihovoj površini što je vrlo pogodno za fotokatalizu.

Enhancement of Methylene Blue Photodegradation Rate Using Laser Synthesized Ag-Doped ZnO Nanoparticles

Damjan Blažeka, Rafaela Radičić, Dejan Maletić, Sanja Živković, Miloš Momčilović, Nikša Krstulović, Nanomaterials 12, 2677 (2022)

DOI: 10.3390/nano12152677

Koloidne otopine srebrom dopiranih ZnO nanočestica znanstvenici su primijenili u fotokatalizi metilenskog modrila (methylene blue). Sintetizirane su nanočestice sa raznim udjelima srebra kako bi se odredio optimalni udio srebra u ZnO nanočesticama. Pokazalo se da Ag dopirane ZnO nanočestice pokazuju dvostruko veću fotodegradacijsku stopu metilenskog modrila u odnosu na čisti ZnO kada je udio srebra 0.32 % wt. Pri ozračivanju korištena je UV lampa.

Slika 1. Eksperimentalna shema sinteze Ag dopiranih ZnO nanočestica. a) pulsna laserska depozicija srebra na ZnO podlogu (bulk), b) dvoslojna meta dobivena depozicijom koja se sastoji od tankog filma srebra i ZnO podloge, c) laserska ablacija dvoslojne mete u vodi i d) Ag dopirane ZnO nanočestice sintetizirane u c).

Slika 2: Pomak XRD vrhova Ag dopiranih ZnO nanočestica u odnosu na čiste ZnO nanočestice.

Iz pomaka XRD spektara čistih i Ag dopiranih nanočestica pokazalo se da se veličina kristalita smanji sa 49 na 23 nm kada su ZnO nanočestice dopirane te se konstante rešetke a(100) i c(002) povećaju sa 3.23 i 5.17 na 3.25 i 5.21 Å što je očekivano jer je ionski radijus srebra veći od cinkovog (ioni srebra zamjenjuju ione Zn u kristalnoj rešetci).

Slika 3: ICP-OES udio srebra u  ZnO nanočesticama u ovisnosti o broju laserskih pulseva korištenih za pulsnu lasersku depoziciju srebra na podlogu ZnO. 

Iz slike 3 vidi se kako varira udio srebra u ZnO nanočesticama s obzirom na broj pulseva (debljinu tankog filma) pri pulsnoj laserskoj depoziciji srebra na podlogu ZnO.

Slika 4. Ovisnost fotodegradacijske stope o udjelu srebra u ZnO nanočesticama.

Najveća fotokatalitička učinkovitost postiže se uporabom ZnO nanočestica dopiranog s 0.32 wt.% Ag, s dvostruko većom stopom fotodegradacije metilenskog modrila nego u prisutnosti čistih ZnO nanočestica. Fotokatalitička učinkovitost poboljšana je dopiranjem srebrom zbog njegovih povoljnih učinaka na fotokatalizu, poput smanjenja brzine rekombinacije uzrokovane induciranjem energetskih nivoa u ZnO energetskoj vrpci, što djeluje kao zamka nositelja naboja i implicira dobru učinkovitost srebra kao dopirajućeg materijala.