Plasma

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 7427 (2023) Citar este artigo

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O óxido de tungstênio nanoestruturado como um óxido metálico semicondutor tem atraído atenção considerável 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 por meio de um método simples usando uma descarga atmosférica brilhante. Essa abordagem moderna tinha muitas vantagens, como alta eficiência e função direta. O desempenho da síntese foi feito em apenas uma etapa e um curto período de tempo que começou em 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 de partícula sintetizado 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.

As nanopartículas têm sido amplamente utilizadas devido às suas propriedades ópticas únicas, forma e tamanho. Métodos biológicos, químicos e físicos são métodos comuns de síntese dessas 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 pesquisa e o desenvolvimento relacionados à nanotecnologia aceleraram globalmente. Um de seus principais produtos são as nanopartículas metálicas (MNPs). As nanopartículas são mais comumente sintetizadas por técnicas químicas úmidas. Estes criam nucleação com a ajuda de agentes químicos redutores na solução11. Em comparação, a síntese através do plasma prepara o núcleo sem agentes químicos ou agentes sobrejacentes. Nos plasmas não térmicos (NTP) os íons e elétrons estão em diferentes temperaturas12. A este respeito, a síntese não térmica de nanopartículas pode ser habilitada 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 proeminente método de síntese limpa e fácil de nanomateriais, tem atraído muita atenção devido às suas propriedades específicas na redução do tamanho de grão13.

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 de arco de 25 A era de cerca de 30 nm. O tamanho da partícula aumentou com o aumento da corrente de arco para 64 nm, o que causou uma diminuição no gap de 2,9 para 2,6 eV. Amostras preparadas na corrente mais baixa tiveram mais atividade fotocatalítica por causa do menor tamanho de partícula e maior área superficial. Chen et al.15 prepararam \({\mathrm{WO}}_{3}{.\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\) nanopartículas com um tamanho de cerca de 5 nm por plasma pulsado em água desionizada. O efeito de extinção e o ambiente líquido inerentes ao plasma pulsado dentro da água deionizada produziram partículas ultrapequenas com comprimentos de rede maiores do que os das redes de referência. O \({\mathrm{WO}}_{3}{.\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\) apresentou maior absorção que ST-01 \({\mathrm{TiO}}_ {2}\) e nanopartículas Wako \({\mathrm{WO}}_{3}\) na região do visível. Sirotkin et al.16 usaram uma descarga de choque subaquática para sintetizar nanopartículas \({\mathrm{WO}}_{3}\), 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 um ambiente de oxigênio e investigaram seu comportamento fotocatalítico. O tamanho de partícula seguiu uma distribuição log-normal com um tamanho médio mínimo de 24,1 nm. O band gap das nanopartículas foi medido em 2,92 eV. Chang et al.18 produziram colóides de nanotungstênio \(({\mathrm{W}}_{2.00}\mathrm{ e W})\) com tamanho médio de partícula de 164,9 nm, comprimento de onda de absorção de 315 nm, \( \upzeta \) potencial de − 64,9 mV, e um tamanho mínimo de partícula de 11 nm usando um sistema de descarga de faísca em água deionizada.